Calidad de la Energía Eléctrica CAUSAS Y EFECTOS

1. Calidad de la Energía EléctricaCAUSAS Y EFECTOS Rumv Julio 2001.

2. CAUSAS No existe un concenso en la terminología que define los disturbios más comunes que afectan u originan los problemas de calidad de la energía eléctrica. A continuación se describen los términos más utilizados y aceptados en este campo, tanto por fabricantes como usuarios.

3. CAUSAS • Fluctuaciones de voltaje • Eventos Transitorios • Interrupciones de energía • Ruido (interferencia) • Notching • Componente de Corriente Directa • Armónicas • Variaciones de frecuencia • Desbalances entre las fases

4. Fluctuaciones de Voltaje Son disminuciones momentáneas en la magnitud de voltaje RMS, con una duración que va desde 10ns (0.6 ciclos) hasta 2.5 s (150 ciclos), causado por una falla remota. Las condiciones de alto o bajo voltaje pueden presentarse en circuitos durante la desconexión de cargas de gran tamaño o durante periodos de sobre carga.

5. Fluctuaciones de Voltaje Voltaje máximo Voltaje mínimo Figura 1. Fluctuaciones de voltaje

6. Fluctuaciones de Voltaje Una depresión severa es aquella menor que el 85% de la tensión nominal. Se detecta, algunas veces, visualmente por parpadeos o disminución de la iluminación, encogimiento de la pantalla de televisores o computadoras.

7. Fluctuaciones de Voltaje Figura 2. Fluctuaciones de voltaje

8. Transitorios Se presentan en dos forma: Por un impulsos de voltaje de corta duración, frecuentemente intermitentes, con una duración menor a 2 ms, Figura 3. Pueden tener su origen en las descargas atmosféricas, estos costituyen los llamados picos de voltaje.

9. Transitorios Impulso a) b) Figura 3. Transitorios: a) de un descarga atmosférica y b) de un switcheo.

10. Transitorios Oscilatorios, causados por maniobra de interruptores o al conectar y desconectar capacitores para la correcion del FP. Estos tienen un rango de tiempo y de frecuencia característico, su valor instantáneo cambia rápidamente de polaridad, Figura 4 , una clasificación rápida de presenta a continuación.

11. Transitorios Clasificación de los Transitorios Oscilatorios Categoría Magnitud Duración Típica Baja Frec. < 5 kHz 0.3-50 ms Media Frec. 5-500 kHz 20 seg. Alta Frec. 0.5 a 5 MHz 5 seg.

12. Transitorios Figura 4. Transitorio Oscilatorio

13. Transitorios Los transitorios no presentan una indicación clara de su existencia. Sin embargo, su valor puede llegar a alcanzar valores de 5In, su efecto se nota al aplicar esfuerzos excesivos a los aislamientos de equipos.

14. Transitorios Otros factores transitorios son la conexión y desconexión de motores eléctricos de: Elevadores Equipos de aire acondicionado Refrigeradores Entre otros.

15. Transitorios Figura 5. Onda con disturbios combinados

16. Interrupciones de Energía Las interrupciones, son la pérdida del suministro de energía eléctrica. Puede ser instantáneas, momentanea, temporal o definitiva, provocadas por diversas causas. La Figura 7, muestra la curva de tolerancia de variaciones de voltaje típicas de equipos de computo.

17. Interrupciones de Energía Figura 6. Interrupción de energía instantánea

18. Interrupciones de Energía Figura 7. Interrupción de energía instantánea

19. Interrupciones de Energía Una disminución del voltaje a cero puede ser tolerado por un equipo de computo, Figura 7, por un tiempo no mayor de medio ciclo. Deben reducirse al mínimo posible las salidas instantáneas, generalmente producidas por tormentas eléctricas.

20. Interrupciones de Energía Las interrupciones temporales de energía, ocurren por disturbios en el sistema de distribución: fallas en transformadores, generadores o sobrecargas en la red de baja tensión. Su duración puede ser desde algunos milisegundos hasta varias horas, Figura 8.

21. Interrupciones de Energía Figura 8. Interrupción Temporales.

22. Ruido Eléctrico (Interferencia) Una forma común de disturbios en sistemas de cómputo es el ruido eléctrico. Es generado por sistemas de transmisión de señales de radio, operación de lámparas fluorescentes y controladores de atenuación de niveles de iluminación, Figura 9. Tienen un ancho de banda menor a 200 kHz, regularmente son amplificados por aterrizamientos incorrectos.

23. Ruido Eléctrico (Interferencia) Figura 9. Distorsión por Ruido

24. Notching Este es un disturbio periodico del voltaje causado por la operación normal de aparatos de electrónica de potencia cuando se realiza la comnutación de una fase a otra, Figura 10. La causa más común son los convertidores trifásicos, ya que en la conmutación entre cada fase se está provocando un corto circuito.

25. Notching Disturbio periódico Figura 10. Disturbio periódico

26. Componente de CD Es la presencia de corriente directa en un sistema de corriente alterna, este fenómeno puede ser causado por la presencia en la red de rectificadores de media onda o aparatos que incluyan diodos. Se puede encontrar en todos los niveles de voltaje.

27. Armónicas Esto es una distorsión, significa simplemente que la forma de onda de la tensión (o corriente) no es una senoidal pura. Esto es el resultado de la adición de una o más ondas armónicas que se sobreponen a la onda fundamental o de 60 Hz, Figura 11.

28. Armónicas Figura 11. Distorsión Armónica Distorsión Armónica

29. Armónicas La creciente aparición de cargas NO LINEALES en los sistema eléctricos, tales como: Convertidores estáticos de potencia Controladores de motores que usan SCR Hornos de arco industriales, entre otros. Han traido como consecuencia el aumento del contenido armónico.

30. Variaciones en la Frecuencia La frecuencia del sistema eléctrico, en cualquier instante, está definida por la relación entre la carga y la capacidad disponible de generación, si este balance dinámico cambia, se presentan pequeños cambios en la frecuencia. Estos cambios, bajo ciertas circunstancias, redundan en problemas de calidad de la energía.

31. EFECTOS El efecto directo de un problema de calidad de energía eléctrica, es la tendencia a la mala operación de los equipos eléctricos.

32. EFECTOS • Sobre esfuerzo en asilamientos • Sobre corrientes • Calentamientos • Mal funcionamiento de equipos • Pérdida de suministro • Parpadeos en la iluminación • Disparos de dispositivos de protección • Sobre voltajes

33. EFECTOS Efectos contundentes son: Mala operación de lo equipos eléctricos Disminución de su rendimiento y vida útil Paros de producción, e Inversiones no programadas

34. EFECTOS En una planta industrial con proceso continuo, tal como las fabricas de papel, cementeras o las líneas de ensamble de automoviles, detener su proceso por horas o perder la secuencia de operación, significa costos bastante altos.

35. EFECTOS: El Flicker Otro efecto de los problemas en la calidad de la energía eléctrica es el parpadeo o flicker. Son variaciones rápidas de voltaje cuyo se efecto se manifiesta principalmente en el ojo humano y, por lo tanto, es de tipo fisiológico, presentanto molestias a los usuarios del alumbrado.

36. EFECTOS: El Flicker El problema del flicker es ocasionado, por ejemplo, por el arranque de motores, acción de elevadores, hornos de arco eléctrico y soldadoras. Las instalaciones eléctricas residenciales, comerciales e industriales se deben hacer de tal forma que consideren estas variaciones rápidas de voltaje.

37. EFECTOS: El Flicker En algunos países se penaliza el problema del flicker. La Figura 12, muestra una curva típica para cuantificar los límites del flicker. Los servicios residenciales se deben diseñar para un valor máximo de flicker del 3%.

38. EFECTOS: El Flicker Figura 12. Límites de Flicker, curva de visibilidad e irritación

39. EFECTOS: El Flicker Figura 13. Límites en fluctuaciones de voltaje

40. EFECTOS: El Flicker Figura 14. Curva de Flicker de voltaje como valor porcentual en un alimentador secundario de 1/0 AWG.

41. EFECTOS El Efecto más común que surgen del problema de la calidad de la energía eléctrica, está representado por: Las Variaciones de Voltaje. El voltaje es sobre lo que se puede tener un control, ya que las corrientes dependerán de la magnitud y tipo de aparatos conectados.