Calidad de la energia

Instituto Tecnolgico de Tepic. Calidad de la energia.

1 Orlando Ramirez Barron.

Introduccin.

El concepto de calidad de la energa surgi en los anos 80s, es concepto en si engloba una multitud de disturbios y problemas que suelen estar presentes en los sistemas elctricos. Las perturbaciones clsicas en las redes son causadas por descargas elctricas, operaciones de conmutacin y cortocircuito, adems que con el creciente uso de la generacin de energa a base de energas renovables y la redundancia en las lneas y subestaciones tiene efectos negativos en las redes de baja y media tensin. Tanto la liberacin del mercado de energa como la extensin de las unidades generadoras influir directamente en la calidad de la energa. Actualmente y ante el avance en trminos de crecimiento del desarrollo tecnolgico y con las mltiples implicaciones que ello trae para todas las economas; se hace imprescindible, la implementacin de mecanismos que garanticen la continuidad ante la eventualidad de cualquier situacin de riesgo.

La pirmide de la calidad de la energa. Calcular las implicaciones y las perdidas que este factor generara, e implementar alternativas de solucin en procesos donde su principal objetivo es la seguridad tanto para el capital humano como para sus bienes; podra ser muy inferior en trminos de costos, comparados con lo que seria la cancelacin de correctivos a la hora del traumtico momento de querer evitar la interrupcin de un importante proceso por pequeo que sea.

La pirmide ilustra los distintos niveles de proteccin y restauracin que permiten mantener la calidad de la energa, mientras mas alto el nivel de la pirmide mas alto es el costo de los equipos, pero debe de considerarse que para cada instalacin e industria no ser necesario implementar todos.



Cuadro de disturbios en calidad de la energa.

Dentro de la calidad de la energa se puede definir a los disturbios como anomalas que se presentan en los sistemas elctricos ya sea ocasionadas por las cargas conectadas a dicho sistema, por las operaciones de las lneas de transmisin o por descargas atmosfricas, entre otras. Estas anomalas tienen la capacidad de distorsionar la onda fundamental tanto de tensin como de corriente y puede causar el malfuncionamiento de equipos. En la siguiente tabla se hace mencin de algunos de ellos y se da una breve descripcin. Disturbio. Descripcin. Sobretensin momentnea o mantenida.

Este tipo de disturbio, como su nombre lo indica se caracteriza por exhibir una elevacin mantenida o momentnea de la tensin elctrica. Puede ser ocasionada por diversos factores tales como las desconexiones de grandes cargas(desconexin de pequeas industrias), motores de alto caballaje, descargas atmosfricas, el ciclo del aire acondicionado o por una mala regulacin por parte de la compaa suministradora de energa. Existen diversos tipos de proteccin tales como los supresores de sobretensin. Estos equipos reducen el nivel de tensin al adecuado para que puedan los equipos llevar acabo su trabajo. A las sobretensiones momentneas que van de medio a treinta ciclos se les llama swell. Las sobretensiones mantenidas suelen tener una duracin superior a un minuto.

Tensin transitoria o picos de tensin.

Son aquellas perturbaciones que se manifiestan como incrementos sbitos en el nivel de tensin. Pueden ser ocasionadas por descargas atmosfricas, fallas en la red o switcheo y manipulacin de grandes cargas. Estos picos suelen tener pocos milisegundos de duracin.

Variaciones de frecuencia.

Suele generarse por la conexin o desconexin de grandes cargas al sistema elctrico, lo cual produce variaciones en la velocidad de los generadores lo que ocasiona la variacin misma de la frecuencia del sistema. Las consecuencia mas severas suelen darse en el ramo industrial donde exista cogeneracin acoplada a la red. La variacin de la frecuencia afecta la velocidad de los motores.



Distorsin armnica. Una armnica es adicin de una o mas ondas armnicas a la onda fundamental de 60 Hz. Los disturbios armnicos son perturbaciones de frecuencia que pueden llegar hasta los 2500 Hz. Suelen presentarse tanto en corriente como en tensin. Este tipo de distorsin lo originan las cargas conectadas al sistema elctrico. Puede llevar a ocasionar un calentamiento considerable tanto en generadores, transformadores, motores y conductores. Los mayores contribuyentes a la distorsin armnica son los bancos de capacitores usados para corregir el factor de potencia, variadores de velocidad y el uso excesivo de equipos de computo.

Apagones. Pueden traducirse como la falta de continuidad del servicio por parte de la o las compaas energticas. Dada la falta de energa en las industrias esto se transmite a perdidas millonarias ya que el apagn puede ir de unos escasos segundos hasta horas o incluso mas. Dentro de las medidas para evitar o minimizar los apagones se recomienda tener capacidad de generacin de reserva, instalacin de circuitos de respaldo, compensadores de potencia reactiva, entre otros.

Flicker. El flicker es un disturbio que tiene relacin con los equipos y sistemas de iluminacin. El disturbio consiste en la variacin de la intensidad del flujo luminoso, este disturbio es ocasionado por las fluctuaciones en el nivel de tensin de la red. Debido a que las pupilas deben estarse dilatando y contrayendo continuamente para ajustarse al nivel de iluminacin provoca cansancio prematuro en la vista e irritabilidad en las pupilas. Las frecuencias consideradas como flicker dependen de la tensin y frecuencia nominal de la red. Dentro de las principales causas que ocasionan el flicker encontramos la desconexin de grandes motores de induccin de la red, uso de bancos de capacitores, trenes laminadores, cargas no lineales, entre otros.

Depresin de tensin(SAGS).

Generalmente sucede cuando se da una falla en el sistema elctrico y termina en el momento en que la falla es liberada por un dispositivo de proteccin. La depresin de tensin se describe como el disturbio donde el nivel de tensin decrece entre 0.1 y 0.9 pu del voltaje rms con una duracin de 0.5 a 30 ciclos.



Interrupcin de energa.

Es generada por aperturas de lnea, dao de transformadores y operacin de fusibles u equipos de proteccin de la red. Se caracteriza por que el nivel de tensin exhibe un valor igual o menor al quince veces el nominal.

Ruido elctrico(Interferencia)

Suele ser generado por operacin de lmparas fluorescentes, controladores de atenuacin de niveles de iluminacin, sistemas de transmisin de seales de radio. Es un disturbio comn en sistemas de computo. Puede llegar a afectar la operacin de equipos de computo, entre otros.

Notch. Los notch se dan en la onda de voltaje, pueden ser generados por cortos entre fases debido a la conmutacin de los SCR en circuitos con rectificador o parques elicos. Tiene una duracin aproximada de menos de medio ciclo y presentan una polaridad opuesta a la de la seal de operacin.

La termografa y la cmara termogrfica.

Parte importante de la calidad de la energa son los equipos que ayudan a mantenerla dentro de los parmetros que el cliente la necesita. Dentro de la industria, la gran mayora de los problemas y averas ya sea de tipo mecnico, elctrico y de fabricacin estn precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante la monitorizacin de temperatura con sistema de Termovisin por Infrarrojos. La termografa es la propiedad permite captar la radiacin infrarroja del espectro electromagntico usando cmaras termogrficas. Conociendo los datos de las condiciones del entorno y de las caractersticas de las superficies termografiadas como la emisividad se puede convertir la energa radiada detectada por la cmara termogrfica en valores de temperaturas, el termmetro infrarrojo puede medir temperaturas de objetos sin estar en contacto con ellos.



Dentro de la calidad de la energa las cmaras termogrficas son de gran utilidad para la deteccin de la posible oxidacin de los conmutadores de alta tensin, defectos de aislantes, inspeccin de lneas de alta tensin, conexiones de alta tensin defectuosas, inspecciones a fusibles internos, conexiones de cables sueltos, conexiones que presentan alta impedancia. Por otro lado la termografa tambin es usada en el rea mecnica, seguridad, construccin y medicina entre otras.

El termmetro infrarrojo.

El termmetro infrarrojo puede medir temperaturas de objetos sin estar en contacto con ellos, esto gracias a el hecho de que todos los objetos emiten una energa infrarroja invisible. La cantidad de energa emitida es proporcional a la temperatura y la emisividad del objeto. Las consideraciones importantes para cualquier termmetro de infrarrojos incluyen campo de visin (tamao del objetivo y la distancia), el tipo de superficie que se mide (consideraciones de emisividad), respuesta espectral (por efectos atmosfricos o de transmisin a travs de superficies), rango de temperatura y de montaje (montaje porttil de mano o fijo). Adems debe considerarse el tiempo de respuesta, el medio ambiente, las limitaciones de montaje, el puerto de visualizacin o aplicaciones de ventanas, y el procesamiento de la seal deseada.

El analizador de calidad de la energa.

Como lo indica su nombre, un analizador de calidad de energa mide la calidad de la misma, esto mediante la medicin de diversos parmetros elctricos de tu sistema e instalacin. Un analizador de calidad de garanta es una herramienta que te permite llevar un control y registro de perturbaciones dentro de la instalacin.



Consideremos al Analizador de la energa y calidad elctrica Fluke 435 Serie II como una pliza de seguros. No importa que pase en su instalacin, con el 435 II, usted siempre estar preparado para solucionar cualquier problema. Est equipado con avanzadas funciones de calidad de la energa y capacidades de monetizacin de la energa: no existe problema elctrico que este modelo no pueda solucionar.

Equipos de valor verdadero eficaz.

La medida de corriente con precisin y exactitud es un trabajo difcil en las oficinas y plantas industriales de hoy en da. La existencia de ms y ms ordenadores personales, variadores de velocidad y otro tipo de equipamiento por los que circula corriente en pulsos cortos estn haciendo despreciable la influencia de aquellos otros que funcionaban con cargas lineales.

Cuando la gente habla de valores de corriente AC deben referirse al valor RMS (valor cuadrtico medio) o calentamiento efectivo. Este valor medio y el valor RMS de una seal



sinusoidal perfecta. Sin embargo, si la forma de la seal no es una sinusoide perfecta esta relacin no se puede aplicar. Esta es la razn por la cual los medidores que habitualmente se utilizan y que estn basados en el valor medio suelen dar lecturas incorrectas de las corrientes medidas en los sistemas elctricos de hoy en da.

Bobina de choque y los fenmenos transitorios.

Una de las anomalas que presenta la energa elctrica es el fenmeno transitorio, un fenmeno transitorio esta va acompaado de una variacin en la frecuencia fundamental adems de un incremento en el nivel de la tensin, estos suelen causar efectos nocivos en equipos electrnicos dentro de las industrias para evitar dichos transitorios adems de armnicos se desarrollo matemticamente un filtro que en si es una simple bobina que en el dominio complejo se calcula de la siguiente manera: " = Donde: = 2 De la formula anterior se observa que al aumentar la frecuencia del sistema de alimentacin, la impedancia de la bobina aumenta. Este tipo de filtro suele utilizarse en la acometida y debe considerarse en el una cada de voltaje inferior al 3% de la nominal. Como se menciono antes aumenta su impedancia conforme aumenta la frecuencia por lo que tambin resultara til para limitar los armnicos provenientes de otras instalaciones.

El supresor de picos y su seleccin.

Los picos de pocos milisegundos de duracin suelen presentarse por el switcheo de cargas, por descargas atmosfricas o por el switcheo de bancos de capacitores pueden hacer que entren en los equipos electrnicos impulsos nocivos de tensin y destruyan delicados circuitos de estado slido. Los picos pueden ser suprimidos por un supresor de picos, los supresores son dispositivos elctricos que protegen tu equipo de altos voltajes no deseados mediante el bloqueo de la subida o el cortocircuito a tierra. Para seleccionar un supresor de picos debe seleccionarse una de medida inferior al valor de tensin que se maneja en el lugar



donde se utilizara el supresor dado que este empezara a actuar cuando los niveles de tensin comiencen a elevarse por encima del nominal.

El regulador de tensin y los tipos de reguladores.

Un regulador de tensin o regulador de voltaje es un dispositivo electrnico o no diseado para mantener un nivel de tensin constante. Actualmente existen muchos tipos de reguladores, entre ellos: Regulador integrado: Son componentes similares a los transistores, se

encuentran en las fuentes de voltaje, tienen una capacidad de reduccin del rizado muy alta y normalmente slo hay que conectarles un par de condensadores.

Regulador conmutado: Poseen mayor rendimiento de conversin, ya que los transistores funcionan en conmutacin, reduciendo as la potencia disipada en estos y el tamao de los disipadores.

Reguladores electromecnicos: Basan su principio de funcionamiento en un auto transformador de columna, sobre la cual se dispone un cursor accionado por un servomotor, que en su recorrido suma o resta espiras. Este movimiento de auto ajuste es controlado por un comando electrnico, que se activa cada vez que la tensin de salida se desva de su valor de calibracin.

Regulador ferroresonante: La ferroresonancia es la propiedad del diseo de un transformador en el cual el transformador contiene dos patrones magnticos separados con acoplamiento limitado entre ellos.



El problema de variacin de voltaje y los reguladores ferroresonantes.

La variacin o fluctuacin de voltaje suele caracterizarse por el aumento o cada consecutiva del voltaje, este problema puede solucionarse con el uso de un regulador de tensin.

Los reguladores ferromagnticos son dispositivos capaces de proporcionar una tensin estable para cumplir con los requisitos de ciertos aparatos mediante la propiedad de ferroresonancia en la cual, el transformador contiene dos patrones magnticos separados con acoplamiento limitado entre ellos. La salida contiene un circuito resonante paralelo que toma su potencia del primario para reemplazar la potencia entregada a la carga. En un circuito no lineal, como el que se usa en los transformadores ferroresonantes, la resonancia se usa para reducir los cambios en la tensin de alimentacin para suministrar una tensin ms consistente en la carga.

Sistemas de alimentacin ininterrumpida.

Un sistema de alimentacin ininterrumpida(UPS) es un sistema que cuenta con equipos de almacenamiento de energa, lo cual le permite proporcionar energa elctrica por un tiempo limitado durante un apagn. Los UPS son usados para alimentar las cargas criticas de una industria, un hospital, etc.



Se pueden clasificar en:

Tecnologa Stand By. De 300 a 700 VA ofreciendo proteccin bsica, siendo capaz de guardar informacin y cuenta con supresor de picos.

Tecnologa Interactiva: Que va de 300 a 5000 VA con regulacin AVR, amplio rango de entada.

Tecnologa On Line: De 750 a 80000 VA, la salida es una onda senoidal pura, elimina totalmente los picos adems de eliminar las variaciones de voltaje.

La curva cbema.

Un rea importante de la calidad de la energa es la curva cbema, ideada para sistemas de control de procesos y datos provistos de microprocesadores u microchips, dado que son particularmente sensibles a huecos de tensin y transitorios en la tensin. En el ano de 1977 se postulo la curva CBEMA para describir la tolerancia de la computadora central a variaciones de tensin del sistema de alimentacin. Mientras que muchos ordenadores modernos tienen una mayor tolerancia, la curva se ha convertido en un objetivo de diseo estndar para equipos sensibles que se aplicara en el sistema de potencia y un formato comn para presentar los datos de variacin de calidad de energa. Con el desarrollo de nueva e innovadora tecnologa fue necesario realizar modificaciones a los estndares de funcionamiento y robustez de los equipos. Hacia los aos de 1990, el anlisis mediante la curva CBEMA se sustituy por la curva ITIC



Esta curva describe la tensin que puede ser tolerada por la mayora de los de la tecnologa de la informacin sin interrupciones, adems describe tanto condiciones transitorias como de estado estable. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. UNAM. (2007). CALIDAD EN EL SUMINISTRO DE LA ENERGA ELCTRICA. 2014, de UNAM Sitio web: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/661/A5.pdf?sequence=5 nivela. (2008). Termografa y sus Aplicaciones. 2011, de nivela Sitio web: http://www.nivelatermografia.net/termografia UNAM. (2007). CAPTULO 4 REGULADORES DE TENSIN. 2015, de UNAM Sitio web: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/jspui/bitstream/132.248.52.100/288/7/A7.pdf ECAMEC. (2010). Anlisis de eventos de Tensin Curvas ITIC, CBEMA y SEMI F47. 2013, de ECAMEC TECNOLOGIA Sitio web: http://www.ecamec.com/newsletter/bajarnotaa0610.pdf Fluke. (2010). Confa usted en las medidas de su multmetro?. 2014, de Fluke Sitio web: http://www1.herrera.unt.edu.ar/mediciones/TPracticos/verdadero%20valor%20eficaz.pdf

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