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
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Fenómenos conducidos de baja frecuencia |
Armónicos , interarmónicos |
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Señales transmitidas en la red |
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Fluctuaciones de tensión |
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Huecos de tensión e interrupciones |
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Desequilibrio de tensiones |
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Variaciones de frecuencia industrial |
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Voltajes de baja frecuencia inducidos |
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Componentes DC en redes AC |
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Fenómenos radiados de baja frecuencia |
Campos magnéticos |
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Campos eléctricos |
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Fenómenos conducidos de alta frecuencia |
Tensiones o corrientes inducidas de onda continua |
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Transitorios unidireccionales |
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Transitorios oscilatorios |
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Fenómenos radiados de alta frecuencia |
Campos magnéticos |
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Campos eléctricos |
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Campo electromagnéticos |
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Ondas continuas |
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Transitorios |
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Fenómenos de descarga electrostática |
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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.
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Transitorios |
Impulsivo |
Nanosegundos |
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Microsegundos |
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Milisegundos |
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Oscilatorio |
Baja frecuencia |
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Frecuencia Media |
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Alta frecuencia |
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Variaciones RMS de corta duración |
Instantáneo |
Sag |
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Swell |
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Momentáneo |
Interrupción |
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Sag |
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Swell |
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Desequilibrio de voltaje |
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Temporal |
Interrupción |
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Sag |
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Swell |
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Desequilibrio de voltaje |
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Variaciones RMS de larga duración |
Interrupciones sostenidas |
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Subtensiones |
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Sobretensiones |
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Sobrecarga de corriente |
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Desequilibrio |
Voltaje |
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Corriente |
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Distorsión de forma de onda |
Desplazamiento CC |
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Armónicos |
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Interarmónicos |
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Muescas |
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Ruido |
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Fluctuaciones de voltaje |
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Variaciones de frecuencia |
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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
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PERTURBACION |
DESCRIPCION |
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CAUSAS |
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EFECTOS |
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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 |
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Daño a equipos |
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Conmutación |
Bloqueos del sistema |
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Arranque de equipo industrial pesado |
Perdida de datos |
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Apertura o cierre de un contacto}r |
Fatiga de componentes |
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Arco causado por una soldadora |
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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 |
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Conductores ( circulara mayor corriente eficaz) sobrecalentados |
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Transformadores sobrecalentados |
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Sobrecalentameinto de motores |
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Perdida de capacidad del sistema |
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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) |
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Cargas no lineales que funcionan con corriente continua |
Conductores sobrecalentados por efecto pelicular |
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Activacion de las protecciones magnetotermica |
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Activacion de las protecciones diferenciales |
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Perdida de rendimiento en motores |
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Perdida de Par |
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Vibraciones en el eje |
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Desgaste mecánico en rodamientos |
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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
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ELEMENTO |
PROBLEMA |
EFECTO |
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Conductor |
* Aumento de la corriente |
* Calentamiento de cables ( deterioro) |
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* Aumento de perdidas térmicas ( efecto Joule) |
* Disparo de protecciones |
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Conductor de Neutro |
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* Sobrintensidad por el neutro |
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* Circulación armónicos multiplos de 3 |
* Calentamiento del conductor neutro |
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* Retorno por el conductor de neutro |
* Degradación prematura |
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* Disparo de protecciones |
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Condensador |
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* Calentamiento de condensadores |
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* Resonancia paralelo con el sistema |
* Envejecimiento prematuro de condensadores |
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* Amplificación de lor armónicos |
* Destrucción de los condensadores |
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Maquinas Eléctrica |
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* Sobrecalentamiento y perdida de aislamiento térmico ( efecto Joule) |
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* Circulación de corrientes armónicas por los devanados y tensiones armónicas en bornes |
* Aumento perdidas magnéticas ( por Histérisis y Foucault) |
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* Desclasificación (transformador) |
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* Vibraciones en el eje, desgaste mecánico en rodamientos y excentricidades ( motores) |
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Equipos de Medida y Control |
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* Valores de magnitudes incorrectas |
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* Medidas no válidas |
* Interferencias con sistemas de comunicación y control |
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* Errores en proceso de control |
* Error en los instantes de disparo de tiristores |
DÓNDE MEDIDOS LOS ARMÓNICOS
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ANTES DEBEMOS CONOCER TODA LA INFORMACION DE LA INSTALACION |
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* El cliente nos pueda decir donde esta teniendo problemas |
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* Diagrama unilineal |
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* Conocer la tipología de las cargas |
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* Saber si hay un banco de capacitores |
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* Saber si el banco de capacitores tiene o no filtro de rechazo |
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ANTES DEBEMOS CONOCER TODA LA INFORMACION DE LA INSTALACION |
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* El cliente nos pueda decir donde esta teniendo problemas |
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* Diagrama unilineal |
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* Conocer la tipología de las cargas |
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* Saber si hay un banco de capacitores |
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* Saber si el banco de capacitores tiene o no filtro de rechazo |
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