Introduccion

La calidad de energía se define como cualquier problema de potencia que se manifieste como una variación en la tensión, corriente o frecuencia y cuyo resultado sean fallas o una mala operación de los equipos del usuario.

Se han introducido en gran escala equipos electrónicos a los sistemas eléctricos. Debido a que estos equipos son susceptibles a pequeñas fluctuaciones en los valores de tensión, corriente y frecuencia, es importante el estudio de la calidad de energía, el cual se ha convertido en un factor indispensable para el buen funcionamiento de equipos y mantener una alta confiabilidad de los sistemas de potencia.

Justificación

El crecimiento en la fabricación y en la utilización de dispositivos electrónicos sensibles en las industrias, así como el aumento de cargas no lineales en las mismas, ha traído consigo una serie de nuevos retos tanto para las empresas proveedoras de servicios eléctricos como para los consumidores finales de la energía eléctrica.

Estos retos, entendidos como una gama de problemas que afectan el funcionamiento del equipo eléctrico instalado en el cliente final de una empresa eléctrica, se resumen en un solo término: la calidad de energía. Este tema se ha convertido en toda un área de estudio dentro de la ingeniería eléctrica, debido a que la evaluación de los sistemas eléctricos y su calidad de energía resulta importante tanto por factores técnicos como económicos entre los cuales se pueden mencionar:

• Aumento en la vida útil de los equipos.

• Funcionamiento eficiente de los mismos.

• Menor riesgo de fallas, con esto se aumenta la confiabilidad de operación.

• Disminución de costos por mantenimiento.

• Reducción de costos de operación ante una menor compra de dispositivos de protección y sistemas de respaldo.

• Menor inversión en pólizas de seguros ante un mejor desempeño de los equipos.

• Se reduce el riesgo de demandas y su consecuente costo.

• Se evitan pérdidas en las líneas de producción.

Objetivo general

Realizar un estudio de campo para hacer una propuesta a la corrección a las variaciones de voltaje en el servicio eléctrico.

Objetivos específicos

• Investigar sobre los conceptos de calidad de energía asociados a los problemas en el plantel.

• Indagar sobre los motivos que pueden causar los problemas.

• Revisar las normas y regulaciones existentes sobre el problema.

• Revisar las normas y regulaciones existentes sobre calidad de energía.

• Realizar un estudio de campo dentro del plantel.

• Elaborar la propuesta para la solución de los problemas.

Metodología

El desarrollo de este trabajo se lleva a cabo primero mediante investigaciones en libros, tesis y otros proyectos relacionados con el tema, para recopilar información e ideas para el proyecto.

Además, mediante esta investigación se realiza una búsqueda de ejemplos sobre el problema de la calidad de energía enfocado a las variaciones de voltaje en el servicio eléctrico, con sus respectivas soluciones y recomendaciones para analizar de una mejor manera los problemas presentes en el plantel.

Como siguiente punto se programan visitas al plantel, con las cuales se pretende lo siguiente:

1. Conocer acerca de los problemas de calidad de energía ligados a los problemas presentes en el plantel.

2. Llevar a cabo las mediciones necesarias para el desarrollo del método.

3. Determinar el método que mejor se adapte al caso del plantel.

4. Hacer un análisis según los resultados obtenidos para proponer el medio del cual se garantice una minimización de los problemas que conciernen la calidad de energía.

Descripción del problema

Cuando las cargas eran principalmente motores de inducción, que son resistentes a las variaciones de voltaje, todos los equipos de control eran electromecánicos, no se prestaba atención al impacto de la calidad de la energía sobre los equipos eléctricos.

Con el avance tecnológico, sobre todo en la automatización y control de procesos de producción, los equipos eléctricos han dado paso a la electrónica de potencia y a la microelectrónica, equipos cuyo principio de funcionamiento se basa en el control de voltaje.

Estos nuevos dispositivos han disminuido su requerimiento en los niveles de tensión y aumentado su capacidad de realizar trabajo

Los equipos como: Controladores de proceso Controladores lógicos programables Variadores de velocidad Robots Réles numéricos Contactores avanzados, entre otros.

Son cada vez más sensibles a las variaciones de voltaje, lo cual es el principal efecto que se presenta en el problema de la calidad de la energía eléctrica.

Equipo más común en la actualidad es el equipo de computo, utilizado en prácticamente en todas las tareas del hogar, el comercio y la industria.

Variaciones de voltaje

Las variaciones de voltaje son clasificadas en dos tipos:

Variaciones de corta duración Variaciones de larga duración

Variaciones de tensión de larga duración

Son variaciones rms en la frecuencia del sistema cuya duración es mayor a 1 minuto. Pueden ser sobre tensiones, bajas tensiones o interrupciones sostenidas, que por lo general son causadas por variaciones en las cargas del sistema y operaciones de conmutación en los sistemas.

Variaciones de tensión de corta duración

Son interrupciones cortas, se clasifican en instantáneas, momentáneas o temporales, según su duración, son causadas por condiciones de falla, energización de cargas grandes que requieren altas corrientes de inicio o a conexiones flojas en el cableado del sistema. Dependiendo de la localización

de la falla y las condiciones del sistema, se pueden dar caídas de tensión de corta duración (sags), picos de tensión de corta duración (swells) o pérdida total de voltaje.

Para minimizar o eliminar el efecto de este tipo de eventos, el sistema eléctrico debe poseer un sistema de aterrizamiento robusto.

Este tipo de variaciones de voltaje se encuentran clasificadas en:

Interrupciones

Las interrupciones ocurren cuando el voltaje entregado o la corriente de la carga disminuye a menos de 0.1 pu por un periodo de tiempo menor a 1 minuto. [1] Pueden ser el resultado de fallas en los sistemas o equipos, y malfuncionamiento de controles. La magnitud del voltaje durante una interrupción es un 10% del voltaje nominal y su duración depende del tiempo de operación de los dispositivos de protección utilizados en el sistema.

Caídas de tensión de corta duración (sags)

Un sag es una disminución entre 0.1 y 0.9 pu de la tensión o corriente rms a la frecuencia fundamental que dura entre 0.5 ciclos y 1 minuto. [1] Las caídas de corta duración de la tensión o sags se asocian con fallas en el sistema, energización de cargas pesadas o arranque de motores grandes. El tiempo para limpiar la falla depende de la magnitud de la corriente de falla y del tipo de protección de sobre corriente. Como se muestra en la tabla 1 la duración de estas caídas de tensión se subdivide en tres categorías: instantáneas, momentáneas y temporales, se pretende que estas duraciones sean correspondientes a los tiempos de operación típicos de los dispositivos de protección y a las duraciones recomendadas por las normas y el NEC.

Picos de tensión de corta duración (swells)

Un swell se define como un incremento entre 1.1 y 1.8 pu en la tensión o en la corriente rms a la frecuencia fundamental y cuya duración es entre 0.5 ciclos y 1 minuto. [1] No son tan comunes como los sags, pero al igual que estos se deben a condiciones de falla en los sistemas, pueden suceder debido al aumento temporal en la tensión en una de las fases no falladas durante una falla de línea a tierra, este caso se ilustra en la figura 2.5. También ocurren al abrir un interruptor para sacar una carga pesada o al energizar bancos de capacitores grandes. Los swells se caracterizan por su magnitud y duración, la severidad del pico de tensión durante la falla es función de la localización de la falla, de la impedancia del sistema y del aterrizamiento del mismo.