Rincón conocimiento Calidad energía

La calidad de energía se refiere a la condición en la que se suministra la energía eléctrica a un sistema o equipo eléctrico. Esto implica la estabilidad de la frecuencia, la amplitud y la forma de onda de la energía eléctrica suministrada. Una buena calidad de energía significa que la energía suministrada cumple con los estándares de calidad necesarios para un funcionamiento seguro y estable de los equipos eléctricos. Por otro lado, una mala calidad de energía puede causar problemas como sobrecalentamiento de los equipos, fallas del sistema, aumento del consumo de energía y pérdidas económicas. La calidad de energía es importante para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de los equipos eléctricos y para evitar costosos problemas asociados con una mala calidad de energía.

Calidad de Energía Eléctrica

El estándar IEEE 1159/1995 define el término “Calidad de Energía Eléctrica” como la gran variedad de fenómenos electromagnéticos que caracterizan la tensión y la corriente en un instante dado y en un punto determinado de la red eléctrica y ocasionar el mal funcionamiento o daños a equipos y procesos industriales.

Un aspecto importante a tener en cuenta es que la eliminación completa de las perturbaciones electromagnéticas es imposible. Por ello, los equipos se deben adecuar para disminuir al máximo las emisiones que generan, y que pueden afectar al funcionamiento de otros equipos y        al mismo tiempo deben reducir las repercusiones que puedan tener esas alteraciones en su propio funcionamiento.

 

En lo que se refiere a las perturbaciones conducidas de baja frecuencia, las principales perturbaciones son fundamentalmente las siguientes: variaciones de la frecuencia, interrupciones del suministro de corta y de larga duración, huecos de tensión, armónicos e interarmónicos en tensiones y corrientes, fluctuaciones de tensión rápidas y lentas, flicker de tensión y desequilibrio entre fases en sistemas trifásicos.

 

Las interrupciones del suministro, los huecos de tensión, las fluctuaciones de tensión, la distorsión armónica y el desequilibrio se generan en el propio sistema y se transmiten de la red a  las cargas conectadas, mientras que los armónicos de corriente, el desequilibrio de corrientes y  el flicker de tensión se generan en las cargas y se transmiten al resto de la red.

 

Perturbaciones en la Calidad de la Energía Eléctrica

Fenómenos conducidos de baja frecuencia

Armónicos , interarmónicos

Señales transmitidas en la red

Fluctuaciones de tensión

Huecos de tensión e interrupciones

Desequilibrio de tensiones

Variaciones de frecuencia industrial

Voltajes de baja frecuencia inducidos

Componentes DC en redes AC

Fenómenos radiados de baja frecuencia

Campos magnéticos

Campos eléctricos

Fenómenos conducidos de alta frecuencia

Tensiones o corrientes inducidas de onda continua

Transitorios unidireccionales

Transitorios oscilatorios

Fenómenos radiados de alta frecuencia

Campos magnéticos

Campos eléctricos

Campo electromagnéticos

Ondas continuas

Transitorios

Fenómenos de descarga electrostática

 

Estándar IEEE 1159-1995

El estándar IEEE 1159-1995 define siete categorías distintas de fenómenos electromagnéticos en las redes eléctricas: transitorios, variaciones de corta duración, variaciones de larga duración, desequilibrio de la tensión, distorsión de la forma de onda, fluctuaciones de tensión y variaciones de la frecuencia.

Transitorios

Impulsivo

Nanosegundos

Microsegundos

Milisegundos

Oscilatorio

Baja frecuencia

Frecuencia Media

Alta frecuencia

Variaciones RMS de corta duración

Instantáneo

Sag

Swell

Momentáneo

Interrupción

Sag

Swell

Desequilibrio de voltaje

Temporal

Interrupción

Sag

Swell

Desequilibrio de voltaje

Variaciones RMS de larga duración

  Interrupciones sostenidas

  Subtensiones

  Sobretensiones

  Sobrecarga de corriente

Desequilibrio

  Voltaje

  Corriente

Distorsión de forma de onda

  Desplazamiento CC

  Armónicos

  Interarmónicos

  Muescas

  Ruido

Fluctuaciones de voltaje

 

Variaciones de frecuencia

 

EL FUTURO ELECTRICO

  • Las redes eléctricas serán más complejas.
  • Actualmente el 30% de toda la energía eléctrica generada usa electrónica de potencia en algún punto entre la generación y el uso final.
  • La digitalización traerá más armónicos para el 2030 el 80% de toda la energía eléctrica fluirá a través de la electrónica de potencia – US department of Energy

CAUSAS Y EFECTOS DE LOS EVENTOS QUE DETERIORAN LA CALIDAD DE LA POTENCIA ELECTRICA

  • Sobretensiones y bajas tensiones permanentes
  • Sobretensiones y bajas tensiones temporales de frecuencia industrial
  • Interrupciones momentáneas
  • Sobretensiones transitorias
  • Muescas en la onda de tensión
  • Desbalance de tensión
  • Distorsión de la forma de onda

CUANTO LE CUESTA ¿? UNA MALA CALIDAD DE LA ENERGÍA ELECTRICA

  • Elevadas facturas eléctricas
  • Elevados costos de operación
  • Reducción de productividad
  • Costos de reemplazo de equipos dañados
  • Pérdidas financieras
  • Interrupción en un servicio continuo
  • Bajo factor de potencia
  • Armónicos
  • Fluctuaciones de voltaje
  • Sobrecalentamientos de equipos, transformadores, conductores neutros
  • Ruido de línea y equipos
  • Equipo y apago de energía
  • Eficiencia Energética pobre
  • Bloqueo de sistemas
  • Perdida de datos
  • Perdida en la capacidad del sistema
  • Fatiga y degradación de componentes que pueden causar fallas

LA MALA CALIDAD DE LA ENERGÍA TIENE CONSECUENCIAS NEGATIVAS

  • Reduce la eficiencia y la productividad
  • Aumenta los costos operativos
  • Equipos dañados
  • Tiempo de inactividad no planificado

LA CONEXIÓN DE LOS APARATOS O EQUIPAMIENTOS DE LOS CLIENTES Y/O CONSUMIDORES AL SISTEMA ELECTRICO DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA MODIFICA SUS CARACTERISTICAS  

Una particularidad importante de la electricidad, y que no se presenta en otros productos, es que su utilización por parte de los consumidores modifica sus características.

La conexión de los aparatos y/o equipos de los clientes al sistema de distribución de energía eléctrica da origen a que circulen corrientes eléctricas proporcionales a las demandas de esos clientes. Estas corrientes al circular por los conductores de la red van a dar origen a caídas de tensión.

Entonces, la amplitud de la tensión suministrada a un cliente va a estar en función de las caídas de tensión acumuladas en todos los elementos de la red por la que se alimenta el cliente, y que va a estar afectada por su propia demanda y por la demanda simultánea de otros clientes.

Como la demanda de cada cliente está variando continuamente, la tensión suministrada también lo hace en la misma forma.

Además, los equipos electrónicos que utilizan la energía eléctrica generan fenómenos o perturbaciones tales como; Sobretensiones, distorsión armónica, variaciones de frecuencia, entre otros.

El suministro de Tensión y Corriente ideales en la práctica no existe en las redes eléctricas, al balancear cada perturbación se logra conseguir deformaciones mínimas.

PERTURBACIONES  – CAUSAS Y EFECTOS

PERTURBACION

DESCRIPCION

 

CAUSAS

 

EFECTOS

Transitorios

Se denomina sobretensiones transitorias a los aumentos de tensión muy elevados , del orden de KV y de muy corta duración unos pocos microsegundos.

Rayos

 

Daño a equipos

Conmutación

Bloqueos del sistema

Arranque de equipo industrial pesado

Perdida de datos

Apertura o cierre de un contacto}r

Fatiga de componentes

Arco causado por una soldadora

 

Armónicos

Son perturbaciones ( corrrientes de alta frecuencia ) en la frecuencia(50/60Hz) real de la señal eléctrica que se originan dentro de las propias instalaciones

Cargas no lineales o distorsionante que absorven corriente no sinusoidal ( conversión AC-DC)

Efecto en condensadores

Conductores ( circulara mayor corriente eficaz)  sobrecalentados

Transformadores sobrecalentados

Sobrecalentameinto de motores

Perdida de capacidad del sistema

Suministro electrico conmutado

Desmagnetización del campo magnético del estator de un motor o las bobinas del primario de un transformador de potencia ( es como frenar)

Cargas no lineales que funcionan con corriente continua

Conductores sobrecalentados por efecto pelicular

Activacion de las protecciones magnetotermica

Activacion de las protecciones diferenciales

Perdida de rendimiento en motores

Perdida de Par

Vibraciones en el eje

Desgaste mecánico en rodamientos

Sistema de Control PLC´s , mediciones incorrectas – errores en proceso de control – interferencias en comunicación y control

EJEMPLO DE LOS EFECTOS DE LOS ARMONICOS EN LAS INSTALACIONES

CONDUCTORES

El efecto de la presencia de armónicos en las instalaciones, produce un calentamiento en los conductores ellos están calculados con una sección determinada para que pueda trabajar a una intensidad nominal, pero si tengo cargas que estén generando armónicos en la instalación, además de la corriente nominal que pasara por los cables de la instalación, también  pasará otra corriente que en este caso sería armónica y en la ocasión que  hubiera consumo de reactiva también habría otra corriente de reactiva,  por lo tanto la suma de la corriente nominal más las diferentes corrientes que podamos encontrar dentro de la instalación hacen que a veces la sección del cable no esté preparada para la suma de todas esas diferentes corrientes, la manera de hacer más eficiente la instalación es poder mitigar (eliminar) esa corriente armónica provocadas por las cargas que generan armónicos más esa corriente reactiva que la está consumiendo las cargas que necesitan reactiva para ellos buscaremos una compensación de reactiva para eliminar la corriente reactiva y un filtrado de armónicas para poder reducir esa corriente de armónica que hay en la instalación, de tal manera que al final solo circule por la sección del cable la corriente nominal.

CONDUCTOR NEUTRO

Hay ciertas cargas con componente electrónico tanto de naturaleza trifásica y monofásica las cuales generan altos niveles de armónicos y cuando tenemos neutro hay un problema de retorno de corriente del neutro debido a que hay muchas cargas en esa instalación monofásica que lo que están generando es problema de tercera armónica es decir todas las cargas que tengan monofásicas que trabajen con naturaleza electrónica trabajan a una frecuencia de 150 hertz es decir armónico 3 por la frecuencia fundamental 50 hertz a 150 Hertz  y que efectos generan pues la corriente que circula por la fase retorna por el cable de neutro y este que problema puede originar que a nivel de protección diferencial si queremos controlar el tema de fugas automáticamente las protecciones van saltando debido a un exceso de retorno de corriente del neutro producido por cargas monofásicas que generan armónicos ( corrientes armónicas) de orden 3 es decir 150 hertz.

RESONANCIA EN PARALELO

Otro efecto que puede generar la presencia de armónicos es la resonancia en paralelo, quien genera la resonancia en paralelo normalmente la generan cuando en la instalación existe un banco de capacitores instalados con un alto nivel de armónicos, entonces el problema si no se protege el banco de capacitores con un filtro de rechazo, al momento de la conexión de los capacitores, se genera una resonancia en paralelo es decir una amplificación de armónicos esto quiere decir que si amplifico armónicos, circulara  mayor corriente armónica con lo cual habrá más problemas para la instalación y los más importante el desgaste prematuro de los capacitores.

BAJO FACTOR DE POTENCIA

El efecto está ligado a la resonancia en paralelo el desgaste de los capacitores es mucho más rápido entonces en factor de potencia bajara.

Efecto de los Armónico

ELEMENTO

PROBLEMA

EFECTO

Conductor

* Aumento de la corriente

* Calentamiento de cables ( deterioro)

* Aumento de perdidas térmicas ( efecto Joule)

* Disparo de protecciones

Conductor de Neutro

 

* Sobrintensidad por el neutro

* Circulación armónicos multiplos de 3

* Calentamiento del conductor neutro

* Retorno por el conductor de neutro

* Degradación prematura

 

* Disparo de protecciones

Condensador

 

* Calentamiento de condensadores

* Resonancia paralelo con el sistema

* Envejecimiento prematuro de condensadores

* Amplificación de lor armónicos

* Destrucción de los condensadores

 

 

Maquinas Eléctrica

 

* Sobrecalentamiento y perdida de aislamiento térmico ( efecto Joule)

* Circulación de corrientes armónicas por los devanados y tensiones armónicas en bornes

* Aumento perdidas magnéticas ( por Histérisis y Foucault)

* Desclasificación (transformador)

 

* Vibraciones en el eje, desgaste mecánico en rodamientos y excentricidades ( motores)

 

 

Equipos de Medida y Control

 

* Valores de magnitudes incorrectas

* Medidas no válidas

* Interferencias con sistemas de comunicación y control

* Errores en proceso de control

* Error en los instantes de disparo de tiristores

DÓNDE MEDIDOS LOS ARMÓNICOS

ANTES DEBEMOS CONOCER TODA LA INFORMACION DE LA INSTALACION 

* El cliente nos pueda decir donde esta teniendo problemas

* Diagrama unilineal

* Conocer la tipología de las cargas

* Saber si hay un banco de capacitores

* Saber si el banco de capacitores tiene o no filtro de rechazo

ANTES DEBEMOS CONOCER TODA LA INFORMACION DE LA INSTALACION 

 

* El cliente nos pueda decir donde esta teniendo problemas

* Diagrama unilineal

* Conocer la tipología de las cargas

* Saber si hay un banco de capacitores

* Saber si el banco de capacitores tiene o no filtro de rechazo