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Monitoreo y Medición de la Calidad de EnergíaFecha de Publicación: abr 23, 2013

Visión GeneralEste Tutorial provee de una visión general de los conceptos básicos de las tres fases de la electricidad y después discute 3 de los eventos más comunes de la calidad de energía:transporte/revestimiento de la energía, saq/sweel/interrupciones y armónicas.

ContenidoIntroducción

Electricidad Básica

Eventos de Calidad de Energía

Resumen

Enlaces Relacionados

1. IntroducciónHoy en día la generación y transmisión de energía son realizadas usando tres fases alternas de corriente. Para entender que el monitoreo de calidad de energía y medición de energía eléctricausted debe tener una comprensión básica de los sistemas trifásicos de energía.

2. Electricidad BásicaLa energía eléctrica puede ser simplificada con una analogía de un sistema de agua. En un sistema de agua usted tiene un tubo que puede llevar agua. Mientras más grande sea el tubo másagua puede llevar. Para mover el agua a través del tubo esta se tiene que presurizar y cuando el agua tiene la capacidad de moverse de un área de alta presión a un área de baja presión (comocuando se abre una válvula) usted obtiene un flujo. En nuestra analogía nosotros remplazamos un tubo con un cable. En lugar de llevar agua el cable lleva electrones. Mientras más grande elcable más electrones puede llevar. Uno presuriza los electrones aplicando voltaje. Cuando el circuito esta completo los electrones fluirán desde un alto voltaje al hasta un bajo voltaje, y ahí escuando se obtiene un flujo, conocido como corriente.

En un circuito DC el voltaje y la corriente serán constantes (con una carga constante). Sin embargo en un circuito AC el voltaje y la corriente variaran de una forma sinusoidal. Los voltajesinstantáneos y las corrientes variaran sobre el tiempo basados en sus fases.

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La fase en un circuito AC, indica el valor del voltaje o corriente medida en grados, por lo que 360° son iguales a un ciclo completo. El valor de la sinusoidal del ángulo de fase es proporcional alnivel del voltaje. Las tres fases de energía se refieren a los tres voltajes que están desfasados el uno del otro por 120° o lo que es lo mismo 1/3 de un ciclo completo. Estos voltajes generalmenteson conducidos en tres cables.

La energía trifásica es el estándar alrededor del mundo porque usa menos y muy pequeños conductores a diferencia de múltiples sistemas de fase sencilla que proveen la misma energía. Laenergía trifásica tiene también la habilidad de alimentar motores con un torque constante en vez de un torque pulsante de los motores monofásicos. Debido a que cada una de las fases lleva unvoltaje igual (y corriente a través de una carga) con un desfase de 120°, la energía provista por las tres fases es constante.

Cuando usamos energía eléctrica debemos de conectar una carga. Con la energía AC, la configuración ideal es cuando las tres fases están conectadas a una carga igual, también llamada una

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Cuando usamos energía eléctrica debemos de conectar una carga. Con la energía AC, la configuración ideal es cuando las tres fases están conectadas a una carga igual, también llamada una Debido a que las tres fases están sincronizadas a 120° de offset, usted puede conectar los tres cables juntos a través de cargas iguales a un cuarto cable llamado neutral.carga balanceada.

Esto es lo que es conocido como una conexión delta ye por la forma en cómo aparece en el diagrama del fasor.

Las tres fases pueden ser conectadas también pueden ser conectadas de forma delta. Mientras que una conexión delta Ye puede tolerar cargas des balanceadas esto debido a que mandacorrientes a través del cable neutral, mientras que una conexión delta no tiene cable neutral por lo que las cargas deben estar balanceadas.

La potencia eléctrica es medida en watts o kilowatts (kw) y ocurre cuando un voltaje es acompañado por un flujo de corriente. Un watt es igual a 1 volt de potencial y un ampere de corriente.Cuando se aplica una potencia sobre un periodo de tiempo un trabajo es hecho. Este trabajo es medido por la cantidad de potencia aplicada multiplicada por el periodo del tiempo y generalmentees expresado en (kwh).Kilowatts hora

Cuando vemos un sistema de potencia AC podemos ver cuando el voltaje y la corriente están exactamente en fase que es cuando se puede obtener la máxima cantidad de trabajo y mientrasmás desfasadas estén se obtiene una menor cantidad de trabajo. Cuando las señales están desfasadas 15 grados se puede obtener un 97% de trabajo útil, a 60 grados se puede obtener un 50%de trabajo útil y con un 90% de desfase se obtiene un 0% de trabajo útil. El desfase entre el voltaje y la corriente están expresados por el factor de potencia.

Una analogía para entender el factor de potencia es pensar en un caballo jalando una lancha a través de un canal. El caballo debe jalar la lancha hacia la orilla, por lo tanto esta jalando la lanchaa un ángulo, debido a que esta jalando con un ángulo, no se está usando toda la potencia del caballo para jalar la lancha a la orilla. El esfuerzo del caballo es la potencia total o la potencia

la potencia usada para mover la lancha es el trabajo real o El Factor de potencia se puede definir como la relación entre la potencia real y la potenciaaparente (kVA), potencia real (kVAr). aparente. Si el caballo es guiado más cerca de la orilla del canal. El ángulo de la cuerda será menor y se usará más de la potencia aparente como potencia real incrementando con esto el Factorde Potencia.

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En el caso de la electricidad el factor de potencia está basado en la diferencia de fase entre las ondas sinusoidales de la corriente y el voltaje. Si la fase es 0 entonces se podrá usar toda lapotencia aparente como potencia real y en factor de potencia será 1. Esto también es llamado “factor de potencia unitaria”. Mientras más sea la diferencia de fase el factor de potencia disminuiráy se necesitara más corriente para conseguir la misma cantidad de potencia real.

3. Eventos de Calidad de EnergíaActualmente muchas facilidades cuentan con equipo computarizado o de telecomunicaciones muy sensible los cuales usan una tierra como referencia para todas sus operaciones internas yconexiones dentro de la planta. Esto los hace muy susceptibles a diferencias de tierra y problemas de calidad de energía. Mucha gente cree que la mayoría de los problemas de calidad deenergía son culpa del proveedor, sin embargo la mayoría de estos problemas son inducidos dentro de la planta.

Leading / Lagging PowerDebido a que las plantas que generan la electricidad deben proveer de corriente adicional para compensar un bajo factor de potencia, estas deben de invertir más en infraestructura para generary manejar la alta demanda de corriente. Ellos transfieren este costo a los clientes como un cargo basado en el factor de potencia. En una planta, el factor de potencia o diferencia en la fase de lasformas de onda del voltaje y la corriente es causado por cargas inductivas y capacitivas. Una carga inductiva. Como un motor, ocasiona que la corriente se retrase con respecto al voltaje. Uncapacitor tendrá un efecto opuesto y ocasiona que la corriente se adelante al voltaje. Debido a que las facilidades industriales ocupan casi el 80% de la energía consumida para el trabajo demotores, la mayoría de estas facilidades tienden a tener un bajo factor de potencia. Para ayudar a compensarlo en muchos lugares han implementado bancos de capacitores lo que ayuda acorregir el factor de potencia y con esto a disminuir sus costos y evitar multas.

Valor Eficaz RMSEl RMS es la manera estándar de medir el nivel de una onda sinusoidal. El valor rms es el valor equivalente al de una señal constante (DC) que desarrollaría la misma potencia media “P” en unresistor “R” de referencia. En potencia los niveles de voltaje (y la corriente) se miden en RMS: Hay tres tipos de variaciones de RMS: sag, swell e interrupción.

Un sag es cuando el nivel del voltaje de RMS cae por debajo del 90% del nivel típico del RMS pero es más grande del 10% del voltaje nominal. Un swell es cuando el voltaje se incremente a másdel 110% del voltaje típico del RMS. Una interrupción es cuando el voltaje RMS cae por debajo del 10% del voltaje nominal.

Sags es el disturbio más común de la calidad de energía y son usualmente causados por problemas dentro de la facilidad más que del proveedor de electricidad. Los sags originados dentro de laplanta son generalmente causados por variaciones de carga o cableado incorrecto. Un problema común de los picos es cuando se enciende un motor. Cuando se arranca un motor consume unaalta corriente (algunas veces 6 a 10 veces más corriente de la operación normal)

Las interrupciones en una planta son regularmente originadas por la falta de protección del interruptor del circuito o de un fusible. En ocasiones también pueden ser localizados en un cable malconectado.

Los swells son causados regularmente por un decremento rápido de la carga tal y como sucede cuando un calentador eléctrico se apaga.

Los sags y swells que duran más de tres minutos son llamados sobre voltaje ó bajo voltaje en condiciones sostenidas. Una condición de bajo voltaje (también llamada brown out) es originada porla configuración del transformador o por problemas en el suministro del proveedor de emergía. Los sags e interrupciones pueden originar problemas dentro de la planta tales como el que equipossensibles de electrónica, computadoras o equipo de procesos se apague.

Formas de onda de ArmónicasMientras que nosotros pensamos en la energía como una onda sinusoidal limpia de 60 Hz, la práctica la forma de onda contiene otras armónicas. Los problemas de calidad de la energía en lasformas de onda de las armónicas son generalmente causados por un equipo con una corriente de drenaje no linear. Los equipos modernos tales como equipo computarizado y detelecomunicaciones generalmente usan fuentes de poder conmutables para “subir” o “bajar” el voltaje. Esto genera una carga no sinusoidal la cual demanda corriente en pequeños pulsos durantecada ciclo. Otros dispositivos no lineales tales como los componentes electrónico/digitales y los dispositivos de arco como las lámparas fluorescentes pueden causar formas de onda anormalesy caídas en la calidad de energía serias. Tomar energía de una forma no linear induce harmónicas en el sistema eléctrico y puede sobrecalentar los transformadores de la planta de distribución.Estas armónicas pueden causar transmisión de corriente a través del conductor neutral de energía en un sistema Delta ye. En un sistema ideal trifásico balanceado sin armónicas altas no haytransmisión de corriente a través del conductor neutral.

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Esta alta corriente puede sobre cargar el circuito, interruptores y transformadores. En algunas plantas se les ha forzado a instalar equipo de condicionamiento de energía o un segundo conductorneutral.

4. ResumenUn sistema básico de calidad de energía debe monitorear los voltajes y corrientes de cada fase. Puede monitorear también los voltajes y corrientes de la línea neutral si se sospecha de cargas oarmónicas no balanceadas. Un sistema básico de medición de emergía monitoreara el factor de potencia. El monitoreo de calidad de energía y medición de energía permite a las plantas realizarmantenimiento predictivo, manejo de energía, manejo de costos y control de calidad.

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