ct 199 la calidad de energia electrica

8/6/2019 CT 199 La Calidad de Energia Electrica

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Cuaderno Tcnico n 199

La Calidad de la Energa Elctrica

P. Ferracci


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La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedadeselectrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen unainformacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto onoticias tcnicas

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:

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Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemas

reproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las

consecuencias de la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edicin.

La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria:

Reproduccin del Cuaderno Tcnico N respectivo de Schneider Electric.

Centro de Atencin Clientes


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Cuaderno Tcnico no 199

La Calidad de la Energa Elctrica

Philippe FERRACCIDiplomado por la Escuela Superior deElectricidad en 1991, defendi una tesis sobreel rgimen de neutro compensado, en

colaboracin con la direccin de estudios e

investigacin de edf. en 1996 se incorpora aSchneider Electric donde dirige estudiosavanzados en el campo de la electrotecnia y de

redes elctricas.

Trad.: J.M. Gir

Original francs: octubre 2 001

Versin espaola: octubre 2004


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Cuaderno Tcnico Schneider n199 / p. 4

La calidad de la energa elctrica

Una de las propiedades particulares de la electricidad es que algunas de suscaractersticas dependen, a la vez, tanto del productor/distribuidor de electricidad,como de los fabricantes de equipos y hasta del usuario. Esta abundacia deprotagonistas y la utilizacin de una terminologa y de unas definicionessimplemente aproximadas explican en parte la complejidad del problema.

El objetivo de este Cuaderno Tcnico es facilitar los intercambios de informacinentre especialistas y no-especialistas, y entre cliente, constructor, instalador,diseador y distribuidor. Su clara terminologa debe de conseguir evitar lasconfusiones. Describe adems los fenmenos principales que degradan laCalidad de la Energa Elctrica (QEE), sus orgenes, las consecuencias en losequipos y las principales soluciones. Segn los objetivos, propone diversasmetodologas de medida de la QEE. Se proponen dos ejemplos prcticos deaplicacin de soluciones, demostrando que slo el respeto a las reglas del arte yla aplicacin de una metodologa rigurosa (diagnsticos, estudios, soluciones,instalacin, mantenimiento preventivo) permiten una calidad de alimentacinpersonalizada y adaptada a la necesidad del usuario.

1 Introduccin 1.1 Contexto p. 5

1.2 Objetivos de la medida de la calidad de la energa p. 6

2 Degradacin de la QEE: orgenes, 2.1 Generalidades p. 8

caractersticas, definiciones 2.2 Huecos de tensin y cortes p. 8

2.3 Armnicos e interarmnicos p. 10

2.4 Sobretensiones p. 13

2.5 Variaciones y fluctuaciones de tensin p. 13

2.6 Desequilibrios p. 14

2.7 Resumen p. 14

3 Efectos de las perturbaciones 3.1 Huecos de tensin y cortes p. 15

en las cargas y procesos 3.2 Armnicos p. 17


3.4 Variaciones y fluctuaciones de tensin p. 19


3.6 Resumen p. 19

4 Nivel de calidad de la energa 4.1 Metodologa de evaluacin p. 20

4.2 La CEM y los niveles de planificacin p. 225 Soluciones para mejorar la QEE 5.1 Huecos de tensin y cortes p. 23

5.2 Armnicos p. 27


5.4 Fluctuaciones de tensin p. 30


5.6 Resumen p. 31

6 Estudio de casos concretos 6.1 Filtro hbrido p. 32

6.2 Compensacin automtica en tiempo real p. 33

6.3 Proteccin contra el rayo p. 36

7 Conclusin p. 37

8 Bibliografa p. 38


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1 Introduccin

1.1 Contexto

La calidad de la electricidad se ha convertido enun objetivo estratgico para las compaas deelectricidad, para el personal de explotacin, demantenimiento o de gestin de lasinstalaciones terciarias o industriales, y para losfabricantes de equipos, especialmente porestos motivos:

la necesidad econmica de aumentar la

competitividad entre las empresas, la generalizacin de equipos sensibles a lasperturbaciones de tensin, siendo, tambinellos a su vez, perturbadores,

la liberalizacin del mercado de la electricidad.

La necesidad econmica de aumentar lacompetitividad entre las empresas

La reduccin de costes debidos a la prdidade continuidad del servicio y a la falta de calidad

El coste de las perturbaciones (cortes, huecosde tensin, armnicos, sobretensionesatmosfricas...) es elevado.

Estos costes deben de tener en cuenta, entreotros, la falta de produccin, las prdidas dematerias primas, el reinicio de lasmquinas-herramientas, la falta de calidad dela produccin, los retrasos de las entregas... Elmal funcionamiento o la parada de receptoresprioritarios, como los ordenadores, elalumbrado y sistemas de seguridad, puedenponer en entredicho la seguridad de laspersonas (hospitales, balizamiento de losaeropuertos, locales de pblica concurrencia,edificios de gran altura...).

Es determinante tambin la deteccinanticipada de los problemas mediante un

mantenimiento preventivo, dirigido y optimizado.Se constata adems una transferencia deresponsabilidad del industrial-usuario hacia elconstructor de los equipos para asegurar elmantenimiento de las instalaciones; elconstructor se convierte en proveedor delproducto electricidad.

La reduccin de los costes debidos alsobredimensionamiento de las instalaciones yaumento de las facturas de electricidad

Otras consecuencias ms disimuladas peroperversas de la degradacin de la QEE son:

la disminucin del rendimiento energtico dela instalacin, lo que hace ms costosa la facturaenergtica,

la sobrecarga de la instalacin, que provocaun envejecimiento prematuro aumentando elriesgo de averas, lo que a su vez obliga a un

sobredimensionamiento o redundancia de lasinstalaciones de distribucin.

Por tanto, los usuarios profesionales de laelectricidad manifiestan la necesidad deoptimizar el funcionamiento de susinstalaciones elctricas.

La generalizacin de equipos sensibles a lasperturbaciones de tensin, siendo, tambinellos a su vez, perturbadores

Debido a sus mltiples ventajas (flexibilidad defuncionamiento, excelente rendimiento, buenasprestaciones...) se constata el desarrollo y lageneralizacin de uso de autmatas y

variadores de velocidad en la industria, y desistemas informticos y alumbradosflo-compactos en el sector servicios y en eldomstico. Estos equipos tienen laparticularidad de ser a la vez sensibles a lasperturbaciones de la tensin y generadores deperturbaciones.

Su abundancia dentro de un mismoemplazamiento exige una alimentacin elctricacada vez mejor en trminos de continuidad y decalidad. En efecto, la parada temporal de unelemento de la cadena puede provocar la paradadel conjunto del sistema de produccin (fbricasde semiconductores, de cemento, tratamiento delagua, logstica de suministros, imprentas,industrias siderrgicas o petroqumicas) o deservicios (telecomunicaciones, centros declculo, bancos...).

En consecuencia, los trabajos de la CEI sobrecompatibilidad electromagntica (CEM)concluyen en normas y recomendaciones cadavez ms exigentes (en cuanto a las limitacionesde los niveles de emisin de perturbaciones...).


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La liberalizacin del mercado de la electricidad

Las reglas de juego del sector elctrico tienen ovan a tener una profunda evolucin: la

liberalizacin del sector, es decir, lacompetencia en la produccin de electricidad, laproduccin descentralizada, y la posibilidad,para los grandes consumidores, de escoger suproveedor.

As, en 1985, la comisin europea determinque la electricidad era un producto (directiva85/374) lo que obliga a definir muy bien suscaractersticas esenciales.

Por otra parte, en el contexto de la liberalizacindel mercado de la energa, la bsqueda de lacompetitividad entre compaas elctricas haceque la calidad sea un factor diferencial.Precisamente, la garanta de calidad puede ser,para un industrial, un criterio determinante alelegir su proveedor de energa.

1.2 Objetivos de la medida de la calidad de la energa

Segn las aplicaciones, los parmetros a mediry la precisin de la medida no son los mismos.

Aplicacin contractual

Dentro de un mercado liberalizado, puedenestablecerse relaciones contractuales entre elproveedor y el usuario final o entre el productor yla empresa de transporte, y hasta entre laempresa de transporte y la de distribucin. Unarelacin contractual necesita que sus trminosse definan de comn acuerdo y que seanaceptados por las diferentes partes. Se trata portanto de definir los parmetros de medida de lacalidad y de comparar sus valores con los lmitespredefinidos, incluso contractuales.

Esta aplicacin requiere frecuentemente eltratamiento de un nmero importante de datos.

Mantenimiento correctivo

A pesar del respeto de las reglas del arte(diseo del esquemageneral, eleccin de lasprotecciones, del esquema de conexin a tierrao rgimen de neutro y aplicacin de lassoluciones adaptadas) desde la fase de diseo,pueden presentarse disfunciones durante laexplotacin:

las perturbaciones pueden haber sidoolvidadas o subestimadas,

la instalacin ha evolucionado (cargas nuevasy/o modificaciones).

Debido a estos problemas es frecuente tenerque realizar acciones correctivas. Y tambin esfrecuente pretender obtener resultados muyrpidamente, lo que puede llevar aconclusiones precipitadas o infundadas.

Los sistemas de medida porttiles (durante untiempo limitado) o los aparatos fijos (vigilanciapermanente) facilitan el diagnstico de lasinstalaciones (deteccin y archivo de lasperturbaciones y disparo de alarmas).

Optimizacin del funcionamiento de lasinstalaciones elctricas

Para conseguir mejoras en la productividad(economas de funcionamiento y/o reduccin delos costes de explotacin) es necesario tener unbuen funcionamiento de los procesos y unabuena gestin de la energa, dos factores quedependen de la QEE. Disponer de una QEEadaptada a las necesidades es un objetivo delpersonal de explotacin, de mantenimiento y degestin de las instalaciones de los sectoresterciario o industriales. Se necesitan para elloprogramas (software) complementarios queaseguren el mando y control de las instalaciones

y supervisin constante de las mismas.Estudios estadsticos

El anlisis de estos datos requiere un estudioestadstico basado en numerosos resultadosobtenidos mediante encuestas realizadasgeneralmente por los explotadores de las redesde transporte y de distribucin.

Encuestas sobre las prestaciones generalesde una red

Permiten, por ejemplo:

Planificar y definir las intervencionespreventivas gracias a una cartografa de losniveles de perturbaciones de una red. Estopermite reducir los costes de explotacin,mejorando a la vez el control de lasperturbaciones. Una variacin anormal respectoa los valores medios puede detectarse yrelacionarse con la conexin de nuevas cargas.Tambin se pueden estudiar las tendenciasestacionales o las derivas.

Comparar la QEE que proporcionan losdiversos distribuidores en las diferentes zonasgeogrficas. En efecto, los clientes potencialespueden querer conocer las caractersticas defiabilidad de suministro de la electricidad antesde instalar nuevas fbricas.


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Encuestas sobre las prestaciones en unpunto concreto de la red

Permiten, por ejemplo:

Determinar el entorno electromagntico alque quedar sometida una futura instalacin oun nuevo equipo. Por tanto, pueden llevarse acabo, preventivamente, acciones de mejorade la red de distribucin y/o la desensibilizacinde la del cliente.

Especificar y verificar las prestaciones ocondiciones que recoger el contrato con elproveedor. Estas informaciones sobre la calidadde la electricidad son particularmente

estratgicas para las compaassuministradoras que en el contexto de laliberalizacin del mercado de la energa buscanla mejor competitividad, la satisfaccin de lasnecesidades y la fidelizacin de sus clientes.


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2 Degradacin de la QEE: orgenes, caractersticas, definiciones

2.1 Generalidades

Las perturbaciones electromagnticassusceptibles de afectar al buen funcionamientode los equipos y de los procesos industriales seclasifican generalmente en varias clases, quecorresponden a las perturbaciones conducidas yradiadas:

de baja frecuencia (< 9 kHz),

de alta frecuencia ( 9 kHz),

de descargas electrostticas.

La medida de QEE consiste habitualmente endeterminar las perturbacioneselectromagnticas conducidas de bajafrecuencia (gama ensanchada para incluir lassobretensiones transitorias y la transmisin deseales en la red):

hueco de tensin y cortes(voltage dips and interruptions),

armnicos e interarmnicos(harmonics and interharmonics),

sobretensiones temporales(temporary overvoltages),

sobretensiones(swell),

sobretensiones transitorias(transient overvoltages),

fluctuaciones de tensin(voltage fluctuacions),

desequilibrios de tensin(voltage unbalance),

variaciones de frecuencia de alimentacin(power-frequency variations),

componentes cc en las redes ca(d.c. in a.c. networks),

tensiones de sealizacin(signalling voltages).

En general no es necesario medir todo elconjunto de estas perturbaciones.

Pueden agruparse en cuatro categoras segnque afecten a la amplitud, la forma de onda, lafrecuencia y la simetra de la tensin.Frecuentemente, una misma perturbacinafecta o modifica a la vez a varias de estascaractersticas. Pueden tambin clasificarsesegn su carcter aleatorio (rayo, maniobra,

cortocircuito...), en permanentes osemipermanentes.

2.2 Huecos de tensin y cortes

Definiciones

Un hueco de tensin es una bajada sbita de latensin en un punto de una red de energaelctrica, hasta un valor comprendido (porconvenio) entre el 90% y el 1% (CEI 61000-2-1,

CENELEC EN 50160), o entre el 90% y el 10%(IEEE 1159) de una tensin de referencia (Uref),seguida de un restablecimiento de la tensin dered despus de un corto lapso de tiempocomprendido entre un semiperodo de lafundamental de la red (10 ms a 50 Hz) y unminuto (figura 1a).

Generalmente, la tensin de referencia es latensin nominal para las redes BT y la tensindeclarada para las redes MT y AT. Tambinpuede utilizarse una tensin de referenciadesplazada, igual a la tensin antes de la

perturbacin, en las redes MT y AT equipadascon un sistema de ajuste (ajuste en carga) de latensin en funcin de la carga. Esto permiteestudiar (con la ayuda de medidas simultneasen cada red) la transferencia del hueco entre losdiferentes niveles de tensin.


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El mtodo que se utiliza normalmente paradetectar y caracterizar un hueco de tensin es elclculo del valor eficaz rms (1/2) de la sealen un perodo de la fundamental de todos los

semiperodos (envolvente de un semiperodo)(figura 1b).

Los parmetros caractersticos (figura 1b) de unhueco de tensin son pues:

su profundidad: U (o su amplitud U),

su duracin T, definida como el lapso detiempo durante el cual la tensin es inferior al90%. Se habla de hueco de tensin a x % si elvalor rms (1/2) est por debajo de x % del valorde referencia Uref.

Los cortes son un caso particular de hueco detensin de profundidad superior al 90% (IEEE) oal 99% (CEI-CENELEC). Se caracterizan por un

nico parmetro: la duracin. Los breves tienenuna duracin inferior a 3 minutos (CENELEC) oa 1 minuto (CEI-IEEE). Tienen su origenprincipalmente en los reenganches automticoslentos destinados a evitar los cortes largos(ajustados entre 1 y 3 minutos); los corteslargos son de una duracin superior. Los cortesbreves y los cortes largos son diferentes, tantopor su origen como por las soluciones a aplicarpara prevenirlos o para reducir su nmero.

Las perturbaciones de tensin de duracininferior a un semiperodo de la fundamental Tde la red (T < T/2) se consideran como sifueran transitorios.

Los americanos utilizan diferentes adjetivospara calificar los huecos de tensin (sag) o (dip)y los cortes (interruption) segn su duracin:

instantneo (instantaneous)(T/2 < T < 30 T),

momentneo (momentary)(30 T < T < 3 s),

temporal (temporary)(3 s < T < 1 min),

mantenido (sustained interruption) ysubtensin (undervoltage)(T > 1 min).

En funcin del entorno, las tensiones medidaspueden ser entre conductores activos (entrefases o entre fase y neutro) o entre conductoresactivos y tierra (fase/tierra o neutro/tierra), otambin entre conductores activos y conductorde proteccin.

En el caso de un sistema trifsico, lascaractersticas U y T son en generaldiferentes en las tres fases. Por este motivo unhueco de tensin debe de detectarse ycaracterizarse separadamente en cada una delas fases.

Se considera que un sistema trifsico sufre unhueco de tensin si al menos una de las fases

sufre este tipo de perturbacin.

-1

1

0,5

0

10

70

90100

110

rms (1/2)(%)

V(p.u.)

U(amplitud)

t (ms)

T = 140 ms

U = 30%(profundidad)

-0,5

0

0 50 100 150 200 250 300

t

a)

b)

(duracin)

Fig. 01: Parmetros caractersticos de un hueco detensin; [a] forma de onda, [b] rms (1/2).

Origen

Los huecos de tensin y los cortes brevesestn ocasionados principalmente losfenmenos conducidos con corrientes elevadasque provocan, a travs de las impedancias delos elementos de la red, una cada de tensinde amplitud tanto menor cuanto ms alejado de

la fuente de perturbacin est el punto deobservacin.

Los huecos de tensin y los cortes breves sedeben a diferentes causas:

defectos en la red de transporte (AT), dedistribucin (BT y MT), o en la instalacin en smisma.

La aparicin de los defectos provoca huecos detensin a todos los usuarios. La duracin de unhueco depende generalmente de lastemporizaciones de funcionamiento de losrganos de proteccin. Cuando los dispositivosde proteccin (interruptores automticos,

fusibles) aslan o separan un defecto, se


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producen cortes (cortos o largos) en la red delos usuarios alimentados por la seccin condefecto. Aunque la fuente de alimentacin hayadesaparecido, la tensin en la red puede

mantenerse debido a la tensin residual quesiguen suministrando los motores asncronos osncronos en proceso de ralentizacin (durante0,3 a 1 s) o a la tensin procedente de ladescarga de los condensadores conectados ala red.

Los cortes breves se deben generalmente a laactuacin de los automatismos de red, como losreenganches rpidos y/o lentos o la conmutacinde transformadores o de lneas. Los usuariossufren una sucesin de huecos de tensin y/o decortes breves al producirse defectos con arcosintermitentes, o durante los ciclos dedesenganche y reenganche automticos (en red

area o mixta radial) que permiten la eliminacinde los defectos transitorios, o incluso cuando sereenva una tensin para localizar un defecto.

la conmutacin de cargas de gran potenciarespecto a la potencia de cortocircuito (motoresasncronos, hornos de arco, mquinas desoldar, calderas...).

Se producen cortes largos cuando losdispositivos de proteccin aslan definitivamenteun defecto permanente, o cuando se produce laapertura, voluntaria o intempestiva de un aparato

o mecanismo.Los huecos de tensin o los cortes se propaganhacia los niveles de tensin inferiores a travs delos transformadores. El nmero de fasesafectadas, as como la gravedad de estoshuecos de tensin, dependen del tipo de defectoy del acoplamiento del transformador.

El nmero de huecos de tensin y de cortes esms elevado en las redes areas, sometidas ala intemperie, que en las redes subterrneas.Pero una derivacin subterrnea con origen enel mismo juego de barras que las areas omixtas sufrir tambin los huecos de tensindebidos a los defectos que afectan a las lneasareas.

Los transitorios (T < T/2) son causados, porejemplo, por la conexin de condensadores o elaislamiento de un defecto por un fusible o porun interruptor automtico rpido BT, o inclusopor las muescas de las conmutaciones deconvertidores polifsicos.

2.3 Armnicos e interarmnicos

ResumenToda funcin peridica (de frecuencia f) sepuede descomponer en una suma de senoidesde frecuencia h x f (h: entero); h se llama orden orango del armnico (h > 1). La componente deprimer orden es la componente fundamental.

( ) ( )0 h hh 1

y t Y Y 2 sen 2 hf

=

= + +

El valor eficaz es:

2 2 2 2ef 0 1 2 hY Y Y Y Y ...= + + + +

Generadorde armnicos

Otras cargas

E

Tensin de fuente

Z

U = E - Z

La tasa de distorsin armnica (THD: TotalHarmonic Distortion) da una medida de ladeformacin de la seal:

2

h

1h 2

YTHD

Y

=

=

Los armnicos proceden principalmente decargas no lineales cuya caracterstica esabsorber una corriente que no tiene la mismaforma que la tensin que los alimenta (figura 2).

Fig. 02:Degradacin de la tensin de red producida por una carga no lineal.


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Esta corriente es rica en componentesarmnicos y su espectro ser funcin de lanaturaleza de la carga. Al circular a travs de lasimpedancias de la red, estas corrientes

armnicas crean las tensiones que puedenperturbar el funcionamiento de otros usuariosconectados a la misma fuente. La impedancia dela fuente a las diferentes frecuencias armnicastiene pues un papel fundamental en la gravedadde la distorsin en tensin. Hay que observarque, si la impedancia de la fuente es baja (Pccelevada), la distorsin en tensin es menor.

Las principales fuentes de armnicos

Las principales fuentes de armnicos sonprecisamente las propias cargas y se puedenclasificar segn su pertenencia al entornoindustrial o domstico.

Las cargas industriales

equipos de electrnica de potencia: variadoresde velocidad, rectificadores con diodos otiristores, onduladores, fuentes de alimentacinconmutadas;

cargas que utilizan el arco elctrico: hornosde arco, mquinas de soldar, alumbrado(lmparas de descarga, tubos fluorescentes).Son tambin generadores de armnicos(temporales) los arranques de motores conarrancador electrnico y la conexin detransformadores de potencia.

Hay que destacar que se ha generalizado la

utilizacin de equipos basados en laelectrnica de potencia debido a sus mltiplesventajas (flexibilidad de funcionamiento,excelente rendimiento energtico, prestacioneselevadas...).

Las cargas domsticas con convertidores ocon fuentes de alimentacin conmutada:televisores, hornos de microondas, placas deinduccin, ordenadores, impresoras,fotocopiadoras, reguladores de luz, equiposelectrodomsticos, lmparas fluorescentes.

Aunque su potencia unitaria es mucho menorque las cargas industriales, el efecto acumulado,debido a su gran abundancia y a su utilizacinsimultnea en perodos largos, las convierten en

fuentes importantes de distorsin armnica. Hayque destacar que la utilizacin de este tipo deaparatos crece en nmero y a veces en potenciaunitaria.

Los niveles de armnicos

Varan generalmente segn el modo defuncionamiento del aparato, la hora del da y laestacin (climatizacin).

Las fuentes de alimentacin generannormalmente armnicos impares (figura 3).

Tanto la conexin de transformadores o lascargas polarizadas (rectificadores de mediaonda) como los hornos de arco producentambin (adems de armnicos impares)armnicos de rangos pares.

Los interarmnicos son componentessenoidales, pero que no son de frecuenciasmltiplos enteros de la fundamental (estn, portanto, entre los armnicos). Se deben a lasvariaciones peridicas o aleatorias de lapotencia absorbida por diferentes receptorescomo los hornos de arco, las mquinas desoldar y los convertidores de frecuencia(variadores de velocidad y cicloconvertidores).Las frecuencias de telemando utilizadas por eldistribuidor son tambin interarmnicos.

El espectro puede ser discreto o continuo, yvariable de forma aleatoria (horno de arco) ointermitente (mquinas de soldar).

Para estudiar los efectos a corto, medio o largoplazo, las medidas de los distintos parmetrosdeben hacerse a intervalos de tiempocompatibles con la constante de tiempo trmicade los equipos.


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A

t

h1

%

50

0

100

5 7 11 13 17 19 23 25

h

A

t

%

100

191

50

05 7 11 13 17

A

t

%

100

h1

50

03 5 7 9 11 13

A

t

%

100

h1

50

03 5 7 9 11 13

Fig. 3: Caractersticas de algunos generadores de armnicos.

Cargas no lineales Forma de onda de corriente Espectro THD

Variador de velocidad

44%

Rectificador/cargador

28%

Carga informtica

115%

Alumbrado fluorescente

53%


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2.4 Sobretensiones

Toda tensin aplicada a un equipo cuyo valor de

cresta sobrepasa los lmites de un intervalodefinido por una norma o una especificacin esuna sobretensin (Cuadernos Tcnicos n 141,151 y 179).

Las sobretensiones son de tres tipos:

temporales, a frecuencia industrial,

de maniobra,

de origen atmosfrico (rayo).

Pueden presentarse:

en modo diferencial (entre conductoresactivos fase/fase o fase/neutro),

en modo comn (entre conductores activos y

la masa o la tierra).Sobretensiones temporales

Por definicin son de la misma frecuencia quela de la red (50 Hz 60 Hz). Tienen diversosorgenes:

Un defecto de aislamiento

Al producirse un defecto de aislamiento entreuna fase y tierra en una red con neutroimpedante o aislado, la tensin de las fasessanas respecto a tierra puede alcanzar latensin compuesta. Las sobretensiones en lasinstalaciones BT pueden proceder de lasinstalaciones AT a travs de la toma de tierra del

centro de transformacin MT/BT.

La ferrorresonancia

Se trata de un raro fenmeno oscilatorio nolineal, frecuentemente peligroso para losequipos, que se produce en un circuito con uncondensador y una inductancia saturable. Confacilidad se le suele considerar la causa dedisfunciones o averas mal aclaradas (CuadernoTcnico n190).

Fallo (corte) del neutro

Los aparatos alimentados por la fase menoscargada ven aumentar su tensin (a veces hastaa la tensin compuesta).

Los defectos del regulador de tensin de un

alternador o del ajuste en carga de untransformador

La sobrecompensacin de la energa reactiva

Los condensadores shunt producen un aumentode la tensin desde la fuente hasta ellos. Estatensin es especialmente elevada en perodosde poca carga.

Sobretensiones de maniobra

Estn provocadas por modificaciones rpidasde la estructura de la red (apertura de aparatosde proteccin...). Se distinguen:

las sobretensiones de conmutacin con

carga normal, las sobretensiones provocadas por elestablecimiento y la interrupcin de pequeascorrientes inductivas,

las sobretensiones provocadas por lamaniobra de circuitos capacitativos (lneas ocables en vaco, bateras de condensadores).

Por ejemplo, la maniobra de una batera decondensadores provoca una sobretensintransitoria cuya primera cresta puede alcanzar

2 2 veces el valor eficaz de la tensin de lared, y una sobreintensidad transitoria del valorde cresta que puede alcanzar 100 veces lacorriente asignada del condensador (CuadernoTcnico n 189).

Sobretensiones atmosfricas

El rayo es un fenmeno natural que aparece encaso de tormenta. Se distinguen las descargasdirectas de rayo (en una lnea o en unaestructura) y los efectos indirectos de unadescarga de rayo (sobretensiones inducidas yaumento del potencial de tierra) (CuadernosTcnicos n151 y 179).

2.5 Variaciones y fluctuaciones de tensin

Las variaciones de tensin son variaciones delvalor eficaz o del valor de cresta de una amplitudinferior al 10% de la tensin nominal.

Las fluctuaciones de tensin son una sucesinde variaciones de tensin o de variacionescclicas o aleatorias de la envolvente de unatensin cuyas caractersticas son la frecuencia

de la variacin y su amplitud.

Las variaciones lentas de tensin estncausadas por la variacin lenta de las cargasconectadas a la red.

Las fluctuaciones de tensin son debidasprincipalmente a las variaciones rpidas de lascargas industriales, como las mquinas desoldar, los hornos de arco, las laminadoras.


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2.6 Desequilibrios

Un sistema trifsico est desequilibrado cuando

las tres tensiones no son iguales en amplitud y/ono estn defasadas unas respecto a otras 120.El grado de desequilibrio se define utilizando elmtodo de las componentes de Fortescue,calculando la razn de la componente inversa(U1i) (u homopolar (U1o)) de la fundamentalrespecto a la componente directa (U1d) de lafundamental.

i oi o

d d

U1 U1U y U

U1 U1 = =

Tambin puede utilizarse la frmula aproximadasiguiente:

i medi i

med

V VU m x ,

V

=

siendo:

Vi = tensin de la fase i

y

1 2 3med.

V V VV

3

+ += .

La tensin inversa (u homopolar) est provocadapor las cadas de tensin que, a lo largo de lasimpedancias de la red, se producen debido a lascorrientes inversas (u homopolares) producidaspor las cargas desequilibradas que conducen aunas corrientes no idnticas en las tres fases(cargas BT conectadas entre fase y neutro,cargas monofsicas o bifsicas MT, como

mquinas de soldar y hornos de induccin).Los defectos monofsicos o bifsicos provocanlos desequilibrios hasta que actan lasprotecciones.

2.7 Resumen

Formas de onda

caractersticas

Origen de la perturbacin

Red

Defecto de aislamiento,fallo de neutro

Maniobras yferroresonancia

Rayo

Equipos receptores

Motor asncrono Motor sncrono

Mquina de soldar

Horno de arco

Convertidor

Cargas informticas

Alumbrado

Ondulador o inversor

Batera de condensadores

Fenmeno ocasional Fenmeno frecuente

PerturbacionesHueco detensin

Sobre-tensiones

Armnicos DesequilibriosFluctuaciones

de tensin


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3 Efectos de las perturbaciones en las cargas y procesos

Generalizando, cualquiera que sea laperturbacin, los efectos pueden clasificarse dedos maneras diferentes:

Efectos inmediatos: maniobras intempestivasde contactores o de rganos de proteccin, malfuncionamiento o parada de una mquina. Elimpacto financiero de la perturbacin esentonces directamente cuantificable.

Efectos diferidos: prdidas energticas,envejecimiento acelerado de los equiposdebido a los calentamientos y a los esfuerzoselectrodinmicos suplementarios producidospor las perturbaciones.

El impacto financiero (por ejemplo, sobre laproductividad) es ms difcilmente cuantificable.


Los huecos de tensin y los cortes alteran elfuncionamiento de numerosos aparatosconectados a la red. Son la causa msfrecuente de los problemas de calidad de laenerga. Un hueco o un corte de tensin dealgunas centenas de milisegundo puede tenerconsecuencias nefastas durante varias horas.

Los sistemas ms sensibles son:

las cadenas o lneas completas de fabricacincontinua cuyo proceso no tolera ninguna parada

temporal de ninguno de sus elementos(imprenta, siderurgia, papelera, petroqumica...),

los alumbrados y sistemas de seguridad(hospitales, balizamiento de los aeropuertos,locales de pblica concurrencia, edificios degran altura...),

los equipos informticos (centros de procesode datos, bancos, telecomunicaciones...),

los elementos auxiliares esenciales decentrales de produccin de energa.

Los prrafos siguientes citan las consecuenciasprincipales de los huecos de tensin y cortes enlos principales equipos utilizados en los sectoresindustrial, terciario y domstico.

Motor asncrono

Durante un hueco de tensin, el par de un motorasncrono (proporcional al cuadrado de latensin) disminuye bruscamente y provoca unaralentizacin. Esta disminucin de la velocidadde rotacin es funcin de la amplitud y de laduracin del hueco, de la inercia de las masasgiratorias y de la caracterstica par-velocidad dela carga arrastrada. Si el par que el motordesarrolla pasa a ser inferior al par resistente,el motor se va parando segn su inercia.

Pasado el corte, el retorno de la tensin produceuna solicitacin de corriente de reaceleracinprxima a la intensidad de corriente dearranque, cuya duracin depende de la duracindel corte.

Cuando la instalacin tiene muchos motores,sus reaceleraciones simultneas puedenprovocar una cada de tensin en lasimpedancias de la red aguas arriba, lo quealarga la duracin del hueco y puede hacer quela reaceleracin resulte difcil (rearranques

largos con sobrecalentamiento) y hastaimposible (par motor inferior al par resistente).

La realimentacin rpida (~ 150 ms), sin ningntipo de precaucin, de un motor asncrono queest perdiendo velocidad puede llevar a unaconexin en oposicin de fase entre la tensinde la fuente y la tensin residual mantenida porlos motores asncronos. En este caso laprimera cresta de corriente puede alcanzarhasta tres veces la corriente de arranque (15 a20 In) (Cuaderno Tcnico n161).

Estas sobreintensidades y las cadas detensin que ellas producen tienen

consecuencias para el motor (calentamientosadicionales y esfuerzos electrodinmicos en losarrollamientos, lo que puede deteriorar elaislamiento, y tambin variaciones bruscas depar, con sobreesfuerzos anormales en losacoplamientos y en los reductores, lo queprovoca su envejecimiento prematuro y hasta surotura) y tambin en los otros equipos, como loscontactores (desgaste e incluso soldadura delos contactos). Las sobreintensidades puedenprovocar el disparo de las proteccionesgenerales de la instalacin, lo que provoca laparada de todo el proceso.


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Motor sncrono

Los efectos son aproximadamente iguales queen el caso de los motores asncronos.

Sin embargo, los motores sncronos puedensoportar huecos de tensin ms importantes (delorden del 50%) sin perder apenas velocidad,debido a su inercia, generalmente mayor, a lasposibilidades de sobreexcitacin y a laproporcionalidad de su par con la tensin. Encaso de prdida de sincronismo, el motor separa, y hay que volver a realizar todo el procesode arranque, que es bastante complejo.

Accionadores

Los rganos de mando (contactores,interruptores automticos con bobina de tensinmnima) alimentados directamente por la red son

sensibles a los huecos de tensin cuyaprofundidad sobrepase el 25% de Un. En efecto,para un contactor clsico, existe un valor detensin mnima a respetar (tensin llamada dedesprendimiento o cada) a partir de cual lospolos se separan, convirtindose entonces unhueco de tensin (de algunas decenas demilisegundos) o un corte breve, en un corte largo(de varias horas).

Equipos de tipo informtico

Los equipos informticos (ordenadores,aparatos de medida) ocupan hoy un lugardestacado en la vigilancia y el control-mando de

las instalaciones, la gestin y la produccin.Todos estos equipos son sensibles a loshuecos de tensin de una profundidad superioral 10% de Un. La curva ITI (InformationTechnology Industry Council) -antigua CBEMA-indica, en la grfica tiempo-amplitud, la toleranciatpica de los equipos informticos a los huecosde tensin, cortes y sobretensiones (figura 4).

El funcionamiento fuera de estos lmites lleva aprdidas de datos, rdenes errneas, paradas oaveras en los equipos. Las consecuencias de laprdida de funciones de los equipos dependenespecialmente de las condiciones de reiniciocuando se restablece la tensin. Por ejemplo,

ciertos equipos tienen su propio dispositivo dedeteccin del hueco de tensin que permitesalvaguardar los datos y garantizar la seguridadinterrumpiendo el proceso de clculo y lasrdenes errneas.

Mquinas a velocidad variableLos problemas que suponen los huecos detensin en los sistemas con variadores develocidad son:

imposibilidad de suministrar la tensinsuficiente al motor (prdida de par, ralentizacin),

imposibilidad de funcionamiento de loscircuitos de control alimentados directamentepor la red,

sobreintensidad al producirse el retorno de latensin (recarga del condensador de filtro de losvariadores),

sobreintensidad y desequilibrio de corriente

en caso de hueco de tensin en una sola fase, prdida de control de los variadores decorriente continua cuando funcionan comoinversores (frenado por recuperacin de energa).

Generalmente, los variadores de velocidad sedesconectan por defecto para un hueco detensin superior al 15%.

Alumbrado

Los huecos de tensin provocan unenvejecimiento prematuro de las lmparas deincandescencia y de los tubos fluorescentes.

Los huecos de tensin de profundidad superior

o igual al 50% y con una duracin del orden de50 ms producen la extincin de las lmparas dedescarga. En este caso se necesita apagar lalmpara durante algunos minutos, para permitirsu enfriamiento, antes de reiniciar el encendido.

500U (%)

200

140120

T (s)

10011090

7080

0

0 10-3 3.10-3 100,020,01T 0,5

Fig. 4: Tolerancia tpica definida por la curva ITI.


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3.2 Armnicos

Sus consecuencias dependen del aumento, en

tensin o en intensidad, de sus valores decresta (ruptura dielctrica) y de sus valoreseficaces (calentamiento suplementario) ydependen tambin de su espectro en frecuencia(vibracin y fatiga mecnica).

Sus efectos tienen siempre un impactoeconmico por el coste adicional debido a:

un deterioro del rendimiento energtico de lainstalacin (prdidas de energa),

un sobredimensionamiento de los equipos,

una prdida de productividad (envejecimientoacelerado de los equipos, disparosintempestivos).

Son probables las disfunciones ms all deuna tasa de distorsin armnica de tensindel 8%; y entre el 5 y el 8%, ya empiezan a serposibles.

Efectos inmediatos o a corto plazo

Disparos intempestivos de las protecciones:los armnicos tienen una influencia molestaprincipalmente en los dispositivos de control porsus efectos trmicos. En efecto, cuando losaparatos de control, y hasta los de proteccin,calculan el valor eficaz de la corriente a partir delvalor de cresta, hay riesgo de error y de disparointempestivo, incluso en funcionamiento normal,

sin sobrecarga real. Perturbaciones inducidas en los sistemas decorriente dbil (telecomunicaciones, telemando,cadena hifi, pantalla de ordenador, televisor).

Vibraciones y ruidos acsticos anormales(cuadros BT, motores, transformadores).

Destruccin por sobrecarga trmica decondensadores.

Si la frecuencia de resonancia del conjuntocondensador-red aguas arriba es prxima aalgn orden de armnico, hay resonancia yamplificacin del armnico correspondiente.

Prdida de precisin de los aparatos de

medida.Un contador de energa, de induccin, declase 2, da un error adicional del 0,3% con unatasa del 5% del armnico 5 en corriente y entensin.

Efectos a largo plazo

Una sobrecarga en corriente provocacalentamientos suplementarios y, por tanto, unenvejecimiento prematuro de los equipos:

calentamiento de las fuentes de energa:transformadores, alternadores (por aumento delas prdidas Joule, de las prdidas en el hierro),

fatiga mecnica (par pulsante en lasmquinas asncronas),

calentamiento de los receptores: losconductores de fases y del neutro, por aumentode las prdidas de Joule y dielctricas.

Los condensadores son particularmentesensibles a los armnicos, porque su

impedancia disminuye proporcionalmente conel orden del armnico.

destruccin de equipos (condensadores,interruptores automticos...).

Una sobrecarga y un calentamientosuplementario del conductor de neutro puedenser consecuencia de la presencia de corrientesde armnicos de tercer orden y sus mltiplos enlos conductores de fases que se suman en elneutro.

En el rgimen de neutro TN-C, el conductor deneutro es el mismo que el conductor deproteccin. Ahora bien, este CPN interconecta

todas las masas de la instalacin incluidas lasestructuras metlicas del edificio. Por tanto, lascorrientes armnicas de 3er orden y susmltiplos van a circular en estos circuitos yprovocar variaciones de potencial cuyasconsecuencias son:

corrosin de piezas metlicas,

sobreintensidad en las conexiones detelecomunicacin que conectan las masas dedos receptores (por ejemplo, impresora yordenador),

radiacin electromagntica que afecta a laspantallas (ordenadores, aparatos de laboratorio).

El cuadro de la figura 5 resume los principalesefectos de los armnicos, as como los niveleshabituales admisibles.

Los interarmnicos perturban los receptores detelemando y provocan un fenmeno deparpadeo (flicker) (Cuaderno Tcnico n 176).


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3.3 Sobretensiones

Sus consecuencias son muy diversas segn eltiempo de duracin, la repetitividad, la amplitud,el modo (comn o diferencial), lo escarpado delfrente de subida, la frecuencia:

perforacin del dielctrico, que destruye elmaterial sensible (componentes electrnicos),

degradacin de material por envejecimiento(sobretensiones no destructivas pero repetidas),

corte largo provocado por la destruccin dematerial (prdida de facturacin para losdistribuidores de energa, prdidas deproduccin para los industriales),

perturbaciones de los circuitos decontrol-mando y de comunicacin de corrientedbil (Cuaderno Tcnico n187),

sobreesfuerzos electrodinmicos y trmicos(incendio) causados por:

el rayo (normalmente).

Las redes areas son las ms afectadas por elrayo, pero las instalaciones alimentadas por lasredes subterrneas pueden sufrir sobresfuerzosde tensin en caso de descarga de rayo cercadel emplazamiento.

Las sobretensiones de maniobra que sonrepetitivas y cuya probabilidad de aparicin esclaramente superior a la del rayo y adems, dems larga duracin. Pueden llegar a producirdefectos tan importantes como los del rayo.

Materiales Efectos Lmites

Condensadores Calentamiento, envejecimiento prematuro (perforacin), I < 1,3 Inde potencia resonancia. (THD < 83%),

U < 1,1 Unpara 12 h/d en MTu 8 h/d en BT

Motores Prdidas y calentamientos suplementarios. FVH 2% paraReduccin de las posibilidades de utilizacin a plena carga. los motoresPar pulsante (vibraciones, fatiga mecnica). asncronos habitualesMolestias sonoras.

Transformadores Prdidas (en el hierro y en el cobre) y calentamientossuplementarios.Vibraciones mecnicas. Molestias sonoras.

Interruptores Disparos intempestivos (sobrepasar los valores de la Uh/U1 6 a 12%automticos tensin de cresta...).

Cables Prdidas dielctricas y hmicas suplementarias THD 10%(particularmente en el neutro en caso de Uh/U1 7%

presencia del tercer armnico).

Ordenadores Transtornos funcionales. Uh/U1 5%

Electrnica de Transtornos debidos a la forma de ondapotencia (conmutacin, sincronizacin).

Fig. 5: Efectos de los armnicos y lmites habituales.

132h

h 2

FVH U / h=

= (Factor de variacin armnica, segn CEI 892)


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3.5 Desequilibrios

El principal efecto es el sobrecalentamiento de

las mquinas asncronas trifsicas.

En efecto, la reactancia inversa de una mquinaasncrona es equivalente a su reactancia durantela fase de arranque. La tasa de desequilibrio encorriente ser por tanto varias veces la de latensin de alimentacin. Entonces, las corrientesde fase pueden diferir considerablemente, lo que

aumenta el calentamiento de la o de las fases

recorridas por la corriente ms elevada y reducela esperanza de vida de la mquina.

En la prctica, es aceptable una tasa dedesequilibrio de tensin del 1% durante unlargo perodo de tiempo, y hasta el 1,5% durantealgunos minutos.

3.4 Variaciones y fluctuaciones de tensin

Como las fluctuaciones tienen una amplitud que

no excede de 10%, la mayor parte de losaparatos no resultan afectados. El principalefecto de las fluctuaciones de tensin es lafluctuacin de la luminosidad de las lmparas(parpadeo o flicker) (Cuaderno Tcnico n 176).La molestia fisiolgica (cansancio visual ynervioso) depende de la amplitud de las

fluctuaciones, de la cadencia de repeticin de

las variaciones, de la composicin espectral yde la duracin de la perturbacin. Existe sinembargo un umbral de perceptibilidad (amplituden funcin de la frecuencia de variacin)definido por la CEI por debajo del cual el flickero parpadeo no es visible.

3.6 Resumen

Equipos

Motor asncrono

Motor sncrono

Actuador

Variador de velocidad

Carga informtica, mando digital

Horno a induccin

Alumbrado

Batera condensadores

Transformador

Ondulador

Interruptor automtico

Cable

Hueco de tensin Sobretensiones Armnicos Desequilibrios Fluctuaciones< 0,5 s > 0,5 s de tensin

Sensibilidad a las perturbaciones


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4 Nivel de calidad de la energa

4.1 Metodologa de evaluacin

Aplicacin contractual

El contrato debe indicar:

la duracin del contrato,

los parmetros a medir,

los valores contractuales,

el(los) punto(s) de medida,

las tensiones medidas: estas tensiones(entre fases y/o entre fases y neutro) deben serlas que alimentan los equipos,

para cada uno de los parmetros medidos,debe de indicarse el mtodo de medida, elintervalo de tiempo, el perodo de la medida (porejemplo 10 minutos y 1 ao para la amplitud dela tensin) y de los valores de referencia; porejemplo, para los huecos de tensin y loscortes, hay que definir la tensin de referencia,los mrgenes de deteccin y el lmite entrecortes largos y cortes breves,

la precisin de la medida,

el mtodo de determinacin de las

penalizaciones en caso de no respetarse loscompromisos,

las clusulas en caso de desacuerdo en lainterpretacin de las medidas (intervencin deuna tercera parte...),

acceso a los datos y su confidencialidad.

Mantenimiento correctivo

La bsqueda de soluciones para aplicarmedidas correctivas se inicia normalmentedespus de producirse incidentes o disfuncionesen la explotacin.

En general, los pasos a seguir son:

Recogida de datos

Su objeto es recoger informaciones como el tipode cargas, la antigedad de los componentesde la red y el esquema unifilar.

Bsqueda de sntomas

Su objeto es identificar y localizar los equiposperturbados, determinar la hora y la fecha (fija oaproximada) del problema, la posible relacin conlas condiciones meteorolgicas concretas (vientofuerte, lluvia, tormenta) o con una modificacinreciente de la instalacin (instalacin demquinas nuevas, modificacin de la red).

Conocimiento y comprobacin de lainstalacin

En esta fase basta a veces determinarrpidamente el origen de la disfuncin. Lascondiciones de medio ambiente tales como lahumedad, el polvo, la temperatura no deben desubestimarse. Debe de verificarse toda lainstalacin, y en particular, el cableado, los

interruptores automticos y los fusibles. Colocar aparatos de medida en la instalacin

Esta etapa consiste en dotar el emplazamientocon aparatos de medida que permitan detectar yregistrar el fenmeno origen del problema.Puede ser necesario colocar instrumentos envarios puntos de la instalacin y en partircular, sise puede, lo ms cerca posible, del (o de los)equipo(s) perturbado(s).

El aparato detecta en qu circunstacias sesobrepasan los umbrales de los parmetros demedida de la calidad de la energa y registra losdatos caractersticos del suceso (por ejemplo,fecha, hora, profundidad de un hueco de tensin,THD). Tambin pueden guardar los datos de lasformas de ondas justo antes, durante y despusde la perturbacin. La sensibilidad de losequipos debe de estar en consonancia con losumbrales a medir.

Cuando se utilizan aparatos porttiles, laduracin de las medidas debe ser representativadel ciclo de funcionamiento de una fbrica (porejemplo, una semana). Evidentemente, hay queesperar que la perturbacin se reproduzca.

Los aparatos fijos permiten una vigilanciapermanente de la instalacin. Si estos aparatosestn correctamente conectados y ajustados,

puesto que registran cada perturbacin,aseguran una funcin de prevencin y deteccin.Las informaciones pueden visualizarse olocalmente o a distancia, mediante una intranet ola red internet. Esto permite diagnosticar losfenmenos, y tambin anticiparse a losproblemas (mantenimiento preventivo). Este esel caso de los aparatos de la gama Power LogicSystem (Circuito Monitor - Power Meter), Digipacty la generacin ltima de interruptoresautomticos Masterpact, equipados con undisparador Micrologic P (figura 6).


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Los registros de perturbaciones que procedende la red del distribuidor y que hayan causadolos daos (destruccin de equipos, prdida deproduccin) pueden ser tambin tiles en caso

de negociacin de indemnizaciones. Identificacin del origen

El trazado (forma de onda, perfil de valor eficaz)de la perturbacin permite en general a losexpertos localizar e identificar la fuente delproblema (un defecto, un rearranque de motor,una conexin de una batera decondensadores...). En concreto, el conocimientosimultneo del trazado o grfica de la tensin yde la corriente permite determinar si el origendel problema se ubica aguas arriba o aguasabajo del punto de medida. En efecto, laperturbacin puede proceder de la instalacin ode la red del distribuidor.

Estudio y eleccin de soluciones

Se establecen la lista y los costes de lassoluciones. La eleccin de la solucin se efectafrecuentemente comparando su coste con lo quese deja de ganar en caso de perturbacin.

Despus de aplicar una solucin, es importanteverificar, midiendo, su eficacia.

Optimizacin del funcionamiento de lasinstalaciones elctricas

Esta preocupacin por optimizar elfuncionamiento de una instalacin elctrica seconcreta en tres acciones complementarias:

Economizar la energa y reducir las facturasde energa

Sensibilizar de los costes a los usuarios.

Asignar internamente los costes (por unidad,por servicio o por lnea de producto).

Localizar los posibles ahorros.

Administrar los picos de consumo(desconexiones o desenganches, fuentesautnomas).

Optimizar el contrato de energa (reduccinde la potencia contratada).

Mejorar el factor de potencia (reduccin de lapotencia reactiva).

Asegurar la calidad de la energa

Visualizar y vigilar los parmetros de medidade la calidad de la energa.

Detectar por anticipado los problemas(vigilancia de los armnicos y de la corriente deneutro) para un mantenimiento preventivo.

Velar por la continuidad del servicio Optimizar el mantenimiento y la explotacin.

Conocer la red en tiempo real.

Vigilar el plan de proteccin.

Diagnosticar los defectos.

Despus de un defecto, reconfigurar la red.

Asegurar una conmutacin automtica defuentes.

Existen programas informticos que aseguranel control-mando y la vigilancia de la instalacin.Permiten, por ejemplo, detectar y guardararchivados los acontecimientos, vigilar, en

tiempo real, los interruptores automticos y losrels de proteccin, gobernar a distancia losinterruptores automticos y, de manera general,explotar las posibilidades de los aparatoscomunicantes (figura 6).

Fig. 6: Algunos productos con posibilidad de comunicacin (Merlin Gerin).

Sepam

Digipact

Power Meter

Circuit Monitor

Dispositivo demedida yde mando

InterruptorAutomticoMasterpact

InterruptorAutomticoCompact NS

Digipact DC150Concentradorde datos


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La compatibilidad electromagntica (CEM)

La compatibilidad electromagntica es la aptitudde un aparato o de un sistema para funcionaren su medio ambiente electromagntico demanera satisfactoria y sin producir l mismo lasperturbaciones electromagnticas intolerablespara todo elemento que se encuentra en sumedio ambiente (VEI 60050 [161]).

El objetivo de la compatibilidad electromagnticaes asegurar que:

La emisin por separado de cada fuente deperturbaciones es tal que la emisin conjuntade todas las fuentes no excede los niveles deperturbacin esperados en el medio ambiente.

El nivel de inmunidad de los equipos permiteque trabajen satisfactoriamente con el nivel deperturbaciones previsto, segn las tres clasesde medio ambiente (figura 7).

Hay que destacar que el medio ambiente estdeterminado tambin por las caractersticasespecficas de la instalacin del usuario(esquema elctrico de la instalacin, tipos decargas) y por las caractersticas de la tensin dealimentacin.

Un medio de asegurar los niveles decompatibilidad es especificar los lmites deemisin de las instalaciones de los usuarios con

un margen suficiente por debajo del nivel decompatibilidad. En la prctica, esto es factible eninstalaciones de gran potencia (CEI 61000-3-6,CEI 61000-3-7). Para las otras instalaciones (porejemplo BT) las normas de productoespecifican los lmites de emisin por familias deequipos (por ejemplo, la norma CEI 61000-3-2 fijalos lmites de emisin armnica en corriente paralas cargas de menos de 16 A).

En ciertos casos, es necesario aplicardeterminados medios tcnicos para mantenerlos niveles de emisin por debajo de los nivelesprescritos.

4.2 La CEM y los niveles de planificacin

Caractersticas de la tensin

El mtodo permite evaluar las caractersticasreales de la tensin en un punto dado de la redy comparar con los lmites preestablecidos,basndose en un clculo estadstico en unperodo dado de medidas. Por ejemplo, para latensin armnica, no deben de sobrepasarselos lmites especficados con un perodo demedida de una semana y el 95% de los valoreseficaces, calculados en perodos sucesivos de10 minutos.

Niveles de planificacin

Estos son objetivos internos de calidadespecificados por el explotador de la red y quese utilizan para valorar la incidencia en la red detodas las cargas perturbadoras. Normalmente,son iguales o inferiores a los niveles decompatibilidad.

Resumen

La figura 8 resume las relaciones entre losdiferentes niveles de perturbacin.

Perturbaciones Clase 1 Clase 2 Clase 3

Variaciones de tensin U/UN 8% 10% + 10% -15%

Huecos de tensin(1)

U/UN 10% a 100% 10% a 100% 10% a 100%

T (nmero de semiperodo) 1 1 a 300 1 a 300

Cortes breves (s) ninguno 60

Desequilibrio de tensin Ui/Ud 2% 2% 3%

Variaciones de frecuencia f/fN 1% 1% 2%

(1) Estos valores no son niveles de compatibilidad: son datos a ttulo orientativo.

Fig. 7: Los niveles de compatibilidad segn la norma CEI 61000-2-4.

Susceptibilidad de los materiales

Nivel de inmunidad

(valor de prueba especfica)

Nivel de compatibilidad(valor convencional)

Nivel de planificacin

Nivel de emisin

Caractersticasde la tensin

Nivel de perturbacin

Distribucin estadstica

Fig. 8: Relaciones entre los diferentes niveles de

perturbacin.


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5 Soluciones para mejorar la QEE

Una prdida de calidad puede modificar elcomportamiento o los resultados y hastaprovocar la destruccin de los equipos y de losprocesos que de ellos dependen, con posiblesconsecuencias para la seguridad de laspersonas y con costes econmicos adicionales.

Se tienen tres elementos implicados:

uno o varios productores de perturbaciones,

uno o varios receptores sensibles a estasperturbaciones,

y entre ambos, un camino de propagacin deestas perturbaciones.

Las soluciones consisten en actuar sobre todoso parte de estos tres elementos, globlamente(sobre la instalacin) o localmente (sobre uno ovarios receptores).

Estas soluciones pueden aplicarse para:

corregir una disfuncin en una instalacin,

actuar preventivamente ante la conexin decargas perturbadoras,

obtener la conformidad de la instalacinrespecto a las normas o recomendaciones deldistribuidor de energa,

reducir la factura energtica (reduccin de lapotencia contratada y del consumo).

Puesto que los receptores no son sensiblestodos a las mismas perturbaciones y sus nivelesde sensibilidad son diferentes, la solucinadoptada, adems de ser la mejor desde unpunto de vista tcnico-econmico, debegarantizar un nivel de QEE, medible y adaptado alas necesidades reales.

Es imprescindible un diagnstico previo,efectuado por especialistas, para determinar lanaturaleza de las perturbaciones contra las quehay que prevenirse (por ejemplo, las soluciones

son diferentes segn la duracin de un corte).

La calidad de este diagnstico determinar laeficacia de la solucin aplicada. Tambin debende ser especialistas los que efecten el estudioy elijan la solucin y los responsables de lainstalacin y el mantenimiento.

La utilidad de la solucin y de su aplicacindependen:

Del nivel de prestaciones deseado

Una disfuncin puede ser inadmisible si poneen juego la seguridad de las personas(hospitales, balizamiento de los aeropuertos,alumbrados y sistemas de seguridad de localesde pblica concurrencia, sistemas auxiliares decentrales...).

De las consecuencias financieras de ladisfuncin

Toda parada no programada, incluso muy corta,de ciertos procesos (siderurgia, petroqumica,fabricacin de semiconductores), lleva a unaprdida o a una no calidad de la produccin, eincluso a volver a poner en condicionesadecuadas los medios de produccin.

Del tiempo requerido para el retorno de lainversin

Es la razn entre las prdidas financieras(materias primas, prdidas de produccin...)provocadas por la no-calidad de la energaelctrica y por el coste (estudio, puesta enmarcha, funcionamiento, mantenimiento) de lasolucin.

Tambin hay que tener en cuenta otros criterios,como las costumbres, la reglamentacin y loslmites de perturbaciones impuestas por eldistribuidor.


La arquitectura de la red, los automatismos derealimentacin, el nivel de fiabilidad de losequipos, la existencia de un sistema de control ymando y hasta la poltica de mantenimientojuegan un papel importante en la reduccin y laeliminacin del tiempo de corte.

Para escoger una solucin eficaz, ante todo, esnecesario realizar un buen diagnstico. Porejemplo, en el punto de acometida (entradaelctrica del cliente), es importante saber si elhueco de tensin procede de la instalacin delcliente (con aumento correspondiente de laintensidad) o de la red (sin aumento).


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Existen diversas soluciones.

Reduccin del nmero de huecos de tensin yde cortes

Los distribuidores pueden adoptar ciertasdisposiciones como mejorar la fiabilidad de lasinfraestructuras (mantenimiento preventivoprogramado, renovacin de las instalaciones,soterramiento de las mismas), reestructurar lasredes (acortamiento de la longitud de lasacometidas). Pueden tambin, en los sistemascon neutro impedante, sustituir los interruptoresde desenganche-reenganche automtico porinterruptores automticos shunt que tienen lagran ventaja de no provocar cortes en la salidaaveriada en caso defecto transitorio a tierra(reduccin del nmero de cortes breves).

Estos interruptores automticos provocan la

extincin de los defectos fugitivos a tierraanulando durante al menos 300 ms la tensinen bornes del defecto, por la puesta a tierra dela nica fase en defecto en el juego de barrasdel centro de transformacin. Esto no afecta a latensin entre fases que alimenta a los clientes.

Reduccin de la duracin y de la profundidadde los huecos de tensin

En la red

Aumento de las posibilidades de bucle(nuevos centros de transformacin, interruptoresde bucle).

Mejora de las prestaciones de lasprotecciones elctricas (selectividad,

automatismo de reconexin de la alimentacin,telemando de los rganos de la red,televigilancia, sustitucin de explosores porlimitadores de sobretensiones).

Aumento de la potencia de cortocircuito dela red.

En los equipos

Disminucin de la potencia absorbida por lascargas de gran potencia durante la conexin delos compensadores automticos en tiempo realy de los arranques progresivos que limitan lospicos de corriente (y tambin las solicitacionesmecnicas).

Insensibilizacin de las instalacionesindustriales y terciarias

El principio general de insensibilizacin contra elhueco de tensin y los cortes es compensar lafalta de energa por un dispositivo de reserva deenerga intercalado entre la red y la instalacin.Esta reserva debe tener una autonoma superiora la duracin del defecto de tensin del queprotege.

Las informaciones necesarias a la eleccin deldispositivo de insensibilizacin son:

calidad de la fuente (nivel mximo deperturbaciones presente),

exigencias de los receptores (sensibilidad encuanto a duracin y profundidad).

Slo se puede llegar al equilibrio mediante unanlisis fino de los procesos y de lasconsecuencias tcnicas y financieras de laperturbacin.

Existen diversas soluciones de insensibilizacin,segn la potencia necesaria para la instalacin yla duracin del hueco de tensin o del corte.

Frecuentemente es interesante estudiar lassoluciones distinguiendo entre la alimentacinde los sistemas de mando, control y regulacin, yla alimentacin de los motores y de los

consumidores de gran potencia. En efecto, unhueco de tensin o un corte (incluso breve)puede ser suficiente para hacer caer todos loscontactores cuyas bobinas se alimentan delcircuito de potencia, con lo que los receptoresalimentados por estos contactores ya no recibenalimentacin hasta el retorno de la tensin.

Insensibilizacin del control-mando

La insensibilizacin de unos procesos estgeneralmente basada en la insensibilizacindel control-mando.

El control-mando de los equipos consume, engeneral, poca energa y es sensible a lasperturbaciones; es pues con frecuencia mseconmico insensibilizar nicamente elcontrol-mando y no la alimentacin de potenciade los equipos.

Para mantener alimentado el sistema demando de las mquinas se requiere:

que no haya peligro para la seguridad delpersonal y de los equipos hasta el retorno dela red,

que las cargas y los procesos admitan uncorte breve del circuito de potencia (inerciafuerte o ralentizacin tolerada) y puedanreacelerar al vuelo al volver la tensin,

que la fuente de potencia pueda asegurar laalimentacin del conjunto de receptores enrgimen permanente (caso de una fuente desustitucin) pero tambin que pueda soportar lagran corriente de llamada provocada por elrearranque simultneo de numerosos motores.

Las soluciones consisten en alimentar todas lasbobinas de los contactores con una fuenteauxiliar segura (batera o grupo que gira con unvolante de inercia) o utilizar un rel temporizado ala conexin o incluso en conectar un rectificador yun condensador en paralelo con la bobina.


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Insensibilizacin de la alimentacin depotencia de los equipos

Ciertos receptores no soportan los niveles de

perturbaciones alcanzados ni, incluso, loshuecos de tensin ni los cortes. En caso decargas prioritarias, como ordenadores,alumbrados y sistemas de seguridad(hospitales, balizamiento de los aeropuertos,locales de pblica concurrencia) y las cadenasde fabricacin continua (fabricacin desemiconductores, centros de clculo, fabricacinde cemento, tratamiento de aguas, logstica,industria del papel, siderurgia, petroqumica, etc.).

En funcin de la potencia necesaria para lainstalacin y de la duracin del hueco de tensino del corte, la eleccin puede hacerse entre lasdiversas soluciones tcnicas siguientes:

Sistemas de alimentacin estticaininterrumpida (SAI)

Un SAI est constituido por tres elementosprincipales:

un rectificador-cargador, alimentado por lared, que transforma la tensin alterna entensin continua,

una batera, que se mantiene cargada, que,al producirse un corte, suministra la energanecesaria a la alimentacin de la carga a travsdel ondulador,

un ondulador, que transforma la corrientecontinua en corriente alterna.

Se utilizan dos tecnologas: on-line y off-line.

La tecnologa on-line

En funcionamiento normal, la alimentacin essuministrada permanentemente por elondulador, sin descargar la batera. Porejemplo, el caso de los onduladores Comet,Galaxy de la marca MGE-UPS. Aseguran lacontinuidad (sin cortes de conmutacin) y la

calidad (regulacin de tensin y de frecuencia)de la alimentacin para las cargas sensibles dealgunas centenas a varios millares de kVA.

Para conseguir ms potencia y para asegurar la

redundancia, pueden ponerse en paralelovarios SAI .

En caso de sobrecarga, los receptores sealimentan a travs del contactor esttico(figura 9) desde la red 2 (que puede ser lamisma que la red 1).

El paso a mantenimiento se realiza sin cortemediante un by-pass de mantenimiento.

La tecnologa off-line (o stand-by)

Se emplea para aplicaciones que nosobrepasan unos pocos kVA.

En funcionamiento normal, los receptores sealimentan directamente de la red. En caso decada de la red o de tensin fuera de lmites, lautilizacin se transfiere automticamente alondulador. Esta conmutacin provoca un cortede 2 a 10 ms.

La conmutacin de redes

Un dispositivo da la orden de conmutacin de lafuente principal a una fuente de sustitucin (einversamente) para la alimentacin de lascargas prioritarias y, si es necesario, da laorden de desconexin de las cargas noprioritarias. Existen tres tipos de conmutacin,segn la duracin de transferencia (t):

sncrono (t = 0),

con corte (t = 0,2 a 30 s),

pseudo-sincrnico (0,1 s < t < 0,3 s).

Estos dispositivos obligan a precaucionesespeciales (Cuaderno Tcnico n161). Porejemplo, cuando la instalacin tiene muchosmotores, sus reaceleraciones simultneasprovocan una cada de tensin que puedeimpedir el rearranque o provocar rearranques

Batera

Disyuntorbatera (NC)

Interruptorodisyuntor (NC)

Interruptor(NC)

Utilizacin

Red 2

Red 1

Llegadas de redde alimentacin

Interruptor (NC)

Contactor esttico

By-pass manual de mantenimiento (NA)

Rectificador/cargador Ondulador

NA: normalmenteabierto

NC: normalmentecerrado

Fig. 9: Esquema de principio de funcionamiento de una alimentacin sin interrupcin (SAI) on-line.


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demasiado largos (con riesgo de calentamiento).Entonces es aconsejable prever un autmataque realice un rearranque escalonado de losmotores prioritarios, particularmente cuando se

utiliza una fuente de sustitucin (de socorro) depoca potencia de cortocircuito.

Esta solucin se aplica cuando una instalacinno puede soportar un corte largo, superior aalgunos minutos, y/o necesita una gran potenciadisponible. Puede tambin preverse comocomplemento de un SAI.

Grupo a tiempo cero

En ciertas instalaciones, la autonoma necesariaen caso de corte es tal que se instala un grupoelectrgeno (las bateras supondran costesprohibitivos y problemas de realizacin tcnica oproblemas de instalacin). En caso de corte de

red, esta solucin permite efectuar, gracias a laautonoma de la batera o a la inercia de unvolante, el arranque del grupo electrgeno,esperar que alcance su velocidad de rgimen, yordenar la desconexin-conexin sin cortemediante un conmutador de fuentes automtico.

Compensadores electrnicos

Estos dispositivos electrnicos modernoscompensan en una cierta medida los huecos de

tensin y los cortes con un corto tiempo derespuesta; por ejemplo, el compensadorautomtico en tiempo real efecta unacompensacin en tiempo real de la potencia

reactiva; est especialmente bien adaptado paracargas que varan rpidamente y de maneraimportante (soldadores, elevadores, prensas,machacadoras, arranque de motores...).

La parada adecuada

Si hay que soportar que se produzca unaparada, es especialmente importante impedirun rearranque no controlado cuando unrearranque intempestivo presenta un riesgopara el operador que est en la mquina (sierracircular, mquina giratoria) o para el equipo(depsito de compresores todava con presin oescalonamiento en el tiempo de rearranque de

compresores de equipos de aireacondicionado, bombas de calor o gruposfrigorficos) o para la aplicacin (necesidad decontrolar el rearranque de la fabricacin). As, unautmata puede asegurar un rearranqueautomtico del proceso, segn una secuenciade rearranque preestablecida, cuando lascondiciones vuelven a ser normales.

Resumen (ver tabla)

Potencia Duracin (valores indicativos) Solucin de desensibilizacinde la instalacin y exigencias tcnicas

0 a 100 ms 400 ms 1 s 1 min > 3 min100 ms 400 ms a 1 s a 1 min a 3 min

Algunos VA Temporizacin de loscontactores.

Alimentacin en cccon reserva por capacidad.

< 500 kVA Grupo giratorio convolante de inercia.

< 1 MVA Conmutacin de fuentes(grupo electrgeno diesel).

< 300 kVA Entre 15 minutos y varias horas, segn la capacidad Alimentacin en ccde la batera. con reserva por batera.

< 500 kVA La conmutacin de fuentes de emergencia puede Grupo giratorio con volante de

provocar un corte breve. inercia y motor trmico ofuente de emergencia.

< 500 kVA Entre 15 minutos y varias horas, segn la capacidad Motor de cc con unade la batera. batera y un alternador.

< 1 MVA (hasta Entre 10 minutos (standard) y varias horas, SAI.4.800 kVA con segn la capacidad de la batera.varios SAI en paralelo)

Sistema de desensibilizacin eficaz

Sistema de desensibilizacin ineficaz


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5.2 Armnicos

Existen al menos tres formas posibles para

suprimirlos o, al menos, reducir su influencia.Se dedica un prrafo especfico al tema de lasprotecciones.

Reduccin de las corrientes armnicasproducidas

Inductancia de lnea

Se coloca una inductancia trifsica en serie conla alimentacin (o integrada en el bus de cc delos convertidores de frecuencia), con lo que sereducen los armnicos de corriente de lnea (enparticular, los de orden elevado) y por tanto, elvalor eficaz de la corriente absorbida, y tambinla distorsin en el punto de conexin del

convertidor. Adems, es posible instalarlo sinintervenir en el generador de armnicos y utilizarinductancias comunes a diversos variadores.

Utilizacin de rectificadores dodecafsicos

Esta solucin consigue, por combinacin de lascorrientes, eliminar en el primario los armnicosde orden ms bajo, como el 5 y 7(frecuentemente, los ms molestos, por sumayor amplitud). Necesita un transformador condos secundarios, uno en estrella y otro entringulo, consiguindose no generar armnicosms que de orden 12k 1.

Aparatos de muestreo senoidal (CuadernoTcnico n 183)

Este mtodo consiste en utilizar convertidoresestticos cuya etapa rectificadora utilice latcnica de conmutacin PWM (Pulse WidthModulation) que absorbe una corriente senoidal.

Modificacin de la instalacin

Inmunizar las cargas sensibles con la ayudade filtros

Aumentar la potencia de cortocircuito de lainstalacin

Desclasificar los equipos

Arrinconar o confinar las cargas perturbadoras

Ante todo, hay que conectar los equipossensibles lo ms cerca posible de su fuente dealimentacin.

A continuacin, hay que identificar, y despusseparar, las cargas perturbadoras de las cargassensibles, por ejemplo alimentndolas desdefuentes separadas o mediante transformadoresdedicados exclusivamente a ellas. Todo estosabiendo que las soluciones que consisten enactuar sobre la estructura de la instalacin son,en general, pesadas y costosas.

Protecciones y sobredimensionamiento delos condensadores

La eleccin de esta solucin depende de lascaractersticas de la instalacin. Una reglasimplificada permite elegir el tipo de equipo conGh (potencia aparente de todos los generadoresde armnicos que estn alimentados por elmismo juego de barras que los condensadores)y Sn (potencia aparente de el o los trafos aguasarriba):

si Gh/Sn 15% es conveniente utilizar equiposde tipo estndar,

si Gh/Sn >15%, hay que pensar en dossoluciones:

1.- Caso de redes contaminadas

(15% < Gh/Sn 25 %): hay quesobredimensionar en corriente la aparamenta ylas conexiones en serie; y, en tensin, loscondensadores.

2.-Caso de redes muy contaminadas

(25% < Gh/Sn 60%): hay que asociar bobinas(selfs) antiarmnicos a los condensadoressintonizados a una frecuencia inferior a lafrecuencia del armnico ms bajo (por ejemplo,215 Hz para una red de 50 Hz) (figura 10). Estoelimina los riesgos de resonancia y contribuye areducir los armnicos.

Z ( )

f (Hz)

Zona de presencia de armnicos

fr far

Slo la redcon condensadorcon self anti-armnico

Fig. 10:Efectos de una self (autoinduccin) antiarmnicos en la impedancia de una red.


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Filtrado

En el caso de Gh/Sn > 60%, el clculo y lainstalacin del filtro de armnico deben serrealizados por especialistas (figura 11).

Filtro pasivo (Cuaderno Tcnico n 152)

Consiste en colocar una impedancia baja a lasfrecuencias a atenuar mediante una adecuadaconfiguracin de componentes pasivos(inductancia, condensador, resistencia). Estaunidad se instala en derivacin con la red. Parafiltrar varias componentes, pueden sernecesarios varios filtros pasivos en paralelo. Eldimensionamiento de los filtros armnicos

Carga(s)

Filtro activo

Red

Carga(s)

Filtro hbrido

Filtro activo

Filtro pasivo

Red

Red Carga(s)contaminante(s)

Filtro(s)pasivo(s)

Fig. 11: Principios y caractersticas del filtrado pasivo, activo e hbrido.

Filtro Principio Caractersticas

Pasivo Derivacin mediante un circuito LC sintonizado Sin lmites en corriente armnica.

a cada una de las frecuencias del armnico a Se asegura la compensacin de energaeliminar. reactiva.

Eliminacin de uno o varios rdenes dearmnicos (normalmente: 5, 7, 11). Un filtropara uno o dos de los rangos a compensar.

Riesgo de amplificacin de los armnicosen caso de modificacin de la red.

Riesgo de sobrecarga por perturbacinexterior.

Filtro de red (global).

Estudio caso por caso.

Activo Generacin de una corriente que anula todos los Solucin que se adapta bien para elarmnicos creados por la carga. filtrado de una mquina (local).

Filtrado de una gran banda defrecuencias (eliminacin de los armnicosdesde el rango 2 al 25).

Se autoadapta:

modificacin de la red sin influencia,

se adapta a todas las variaciones de lacarga y del espectro armnico,

solucin evolutiva y flexible en funcinde cada tipo de carga.

Estudio simplificado.

Hbrido Abarca las ventajas de las soluciones defiltrado pasivo y activo y cubre un ampliomargen de potencias y prestaciones:

Filtrado de un ancho margen defrecuencias (eliminacin de armnicos del

2 al 25).

Compensacin de energa reactiva.

Gran capacidad de filtrado en corriente.

Buena solucin tcnico-econmica paraun filtrado de red.

debe de ser cuidadoso: un filtro pasivo maldiseado puede conducir a resonancias cuyoefecto es amplificar las frecuencias que no eranperjudiciales antes de su instalacin.

Filtro activo (Cuaderno Tcnico n183)

Consiste en neutralizar los armnicos emitidospor la carga analizando los armnicosconsumidos por la carga y reconstruir la mismacorriente armnica con la fase conveniente. Esposible poner en paralelo varios filtros activos.Un filtro activo puede ser, por ejemplo,asociarse a un SAI para reducir los armnicosinyectados aguas arriba.


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Filtro hbrido

Se compone de un filtro activo y un filtro pasivosintonizado con el armnico preponderante (porejemplo, el 5) y que suministra la energa

reactiva necesaria.

Caso particular: los interruptores automticos(Cuaderno Tcnico n 182)

Los armnicos pueden provocar disparosintempestivos de los dispositivos de proteccin;para evitarlos, conviene escoger bien estosaparatos.

Los interruptores automticos pueden estarequipados con dos tipos de rels disparadores,magnetotrmicos o electrnicos.

Los primeros (magnetotrmicos) sonespecialmente sensibles a los armnicosdebido a sus captadores trmicos que ven

correctamente la carga real que sufren losconductores por la presencia de los armnicos.

Por este motivo, se adaptan bien al uso,(especialmente domstico e industrial) encircuitos de intensidades pequeas.

Los segundos (electrnicos), por su sistema de

clculo de las intensidades que lo atraviesan,pueden tener el riesgo de disparo intempestivo,por lo que hay que escoger bien estos aparatosy prestar atencin al hecho de que miden elverdadero valor eficaz de la corriente (RMS).Estos aparatos tienen entonces la ventaja deseguir mejor la evolucin de la temperatura delos cables, particularmente en el caso decargas con funcionamiento cclico pues sumemoria trmica es mejor que la de lostermoelementos de calentamiento indirecto.

La desclasificacin

Esta solucin, aplicable a ciertos equipos, es

una solucin fcil y con frecuencia suficiente,para los problemas ocasionados por losarmnicos.

Una buena coordinacin del aislamientoconsiste en lograr la proteccin de personas yde equipos contra las sobretensiones con elmejor compromiso tcnico-econmico posible.

Se necesita (Cuaderno Tcnico n 151):

conocer el nivel y la energa de lassobretensiones que puedan existir en la red,

escoger el nivel de resistencia a lassobretensiones de los componentes de la redque permita soportar estos valores,

utilizar protecciones cuando sea necesario.

Evidentemente, las soluciones a aplicardependen del tipo de sobretensiones que seencuentren.

Sobretensiones a frecuencia industrial

Desconectar todos o parte de loscondensadores cuando hay poca carga.

Evitar configuraciones con riesgo deferrorresonancia o introducir prdidas(resistencias de amortiguamiento) queamortigen el fenmeno (Cuaderno Tcnicon 190).

Sobretensiones de maniobra

Limitar los transitorios provocados por lamaniobra de condensadores mediante lainstalacin de bobinas de choque (self) yresistencias de preinsercin. Loscompensadores estticos automticos, que

5.3 Sobretensiones

permiten controlar el instante de conexin, estnparticularmente adaptados a aplicaciones BT,pero no soportan las sobretensiones transitorias(autmatas industriales, informtica).

Colocar inductancias de lnea aguas arriba

de los convertidores de frecuencia para limitarlos efectos de las sobretensiones transitorias.

Utilizar, en la acometida BT, interruptoresautomticos con diferenciales selectivos (tipoS) e interruptores automticos diferencialessuperinmunizados de tipo si (In = 30 mA y300 mA). Su utilizacin evita disparosintempestivos debidos a corrientes de fugatransitorias: sobretensiones atmosfricas, demaniobra, conexin de circuitos con grancapacidad respecto a tierra (filtros capacitativosconectados a tierra, redes de cables extensas),lo que provoca la circulacin de corriente aguasabajo del DDR (Dispositivo de corriente

Diferencial Residual) a travs de lascapacidades a la tierra de la red.

Sobretensiones atmosfricas

Proteccin primaria

Protege el edificio y su estructura contra losimpactos directos del rayo (pararrayos, jaulasmalladas (de Faraday), cables de guarda / cablede tierra).

Proteccin secundaria

Protege los equipos contra las sobretensionesatmosfricas que siguen a la descarga de rayo.


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Los limitadores de sobretensin (cada vezmenos, explosores) se instalan en los puntosde las redes AT y MT, especialmente expuestas,y a la entrada de los centros de transformacin

MT/BT (Cuaderno Tcnico n 151).En BT, se instalan a la vez, lo ms arriba posiblede la instalacin BT (a fin de proteger lo msglobalmente posible) y lo ms cerca posible delos receptores elctricos. A veces, es necesariala instalacin en cascada de limitadores desobretensiones: uno, en cabeza de lainstalacin, y otro, lo ms cerca posible de losreceptores (Cuaderno Tcnico n179). A unlimitador de sobretensiones BT siempre se le

asocia un dispositivo de desconexin. Por otraparte, la utilizacin de un interruptor automticodiferencial y selectivo en la acometida BT, evitaque la derivacin de corriente a tierra a travs

del limitador provoque el disparo intempestivodel interruptor automtico de entrada, lo que esincompatible con ciertos receptores(congelador, programador...). Hay que indicarque las sobretensiones pueden propagarsehasta un aparato por otras vas distintas de laalimentacin elctrica: las lneas telefnicas(telfono, fax), los cables coaxiales (conexionesinformticas, antenas de televisin). Existen enel mercado protecciones especficas para ello.

5.5 Desequilibrios

Las soluciones consisten en:

equilibrar las cargas monofsicas en las tresfases,

disminuir la impedancia de la red aguasarriba de los generadores de desequilibrio,aumentar las potencias de los transformadoresy la seccin de los cables,

5.4 Fluctuaciones de tensin

Las fluctuaciones producidas por las cargasindustriales pueden afectar a un gran nmerode consumidores alimentados por la mismafuente. La amplitud de la fluctuacin depende dela razn entre la impedancia del aparatoperturbador y la de la red de alimentacin. Lassoluciones consisten en:

Cambiar el tipo de alumbrado

Las lmparas fluorescentes tienen unasensibilidad menor que las de incandescencia.

Instalar una alimentacin sin interrupcin

Puede resultar rentable cuando los usuariosafectados estn identificados y agrupados.

Modificar el perturbador

Cambiar el sistema de arranque de los motorescon arranques frecuentes permite, por ejemplo,reducir las sobreintensidades.

Modificar la red

Aumentar la potencia de cortocircuitoconectando los circuitos de alumbrado lo mscerca posible de la alimentacin.

Alejar elctricamente la carga perturbadorade los circuitos de alumbrado, alimentando lacarga perturbadora con un transformadorindependiente.

Utilizar un compensador automtico

Este equipo realiza una compensacin entiempo real, fase a fase, de la potencia reactiva.

El flicker puede reducirse entre un 25% y un 50%.

Colocar una reactancia serie

Colocando una reactancia serie aguas arriba deun horno de arco, se reduce la corriente deconexin, y con ello, la tasa de flicker en un 30%.

prever una proteccin adaptada de las

mquinas, utilizar cargas L, C adecuadamenteconectadas (montaje de Steinmetz).


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5.6 Resumen

Variaciones yfluctuaciones detensin

Huecos de tensin

Cortes

Armnicos

Interarmnicos

Sobretensionestransitorias

Desequilibrios detensin

Variaciones importantesde carga (mquinas desoldar, hornos dearco...).

Cortorcircuito,conmutacin de cargasde gran potencia(arranque demotores...).

Cortocircuito,sobrecargas,mantenimiento, disparosintempestivos.

Cargas no lineales(variadores develocidad, hornos dearco, mquinas desoldar, lmparas dedescarga, tubosfluorescentes...).

Cargas fluctuantes

(hornos de arco,mquinas de soldar...),convertidores defrecuencia.

Maniobra deaparamenta y decondensadores, rayo.

Cargas desequilibradas(cargas monofsicasde gran potencia...).

Fluctuacin de la luminosidad de laslmparas (parpadeo o flicker).

Perturbacin o parada del proceso:prdida de datos, datos errneos,cada de contactores, bloqueo devariadores de velocidad, ralentizacino prdida de inercia de motores,extincin de lmparas de descarga.

Sobrecargas (de conductor deneutro, de fuentes...), disparosintempestivos, envejecimientoacelerado, degradacin delrendimiento energtico, prdida deproductividad.

Perturbacin de las seales de

tarificacin, parpadeo (flicker).

Bloqueo de variadores de velocidad,disparos intempestivos, destruccinde la aparamenta, incendios, prdidasde explotacin.

Par motor invertido (vibraciones) ysobrecalentamiento de mquinasasncronas.

Compensador electromecnico de energareactiva, compensador automtico en tiemporeal, compensador electrnico en serie,regulador de carga.

SAI, compensador automtico en tiempo real,regulador electrnico dinmico de tensin,arranque progresivo, compensador electrnicoserie.Aumentar la potencia de cortocircuito (Pcc).Modificar la selectividad de las protecciones.

SAI, conmutacin mecnica de fuentes,conmutacin esttica de fuentes, gruposelectrgenos sin corte,

ct 199 la calidad de energia electrica

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