Guía de Calidad de la Energía Eléctrica

Pertu

rbaciones de Ten

sión

5.4.2

short supply interruptionDt < 3 mins

voltage dip, Dt > 10 ms

Perturbacionesde Tensión

Norma EN 50160Características de la tensión suministrada

por las redes generales de distribución

Perturbaciones de TensiónNorma EN 50160-

Características de la tensión suministrada por las redes generales dedistribución

Henryk Markiewicz & Antoni KlajnWroclaw University of Technology

Julio 2004

Esta Guía ha sido publicada como parte de la Iniciativa Leonardo para la Calidad de laEnergía Eléctrica (LPQI), un programa europeo de formación y educación respaldado por

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Nota - La norma UNE-EN 50160, publicada en enero de 2001, es la versión oficial, en español, de la NormaEuropea EN 50160, publicada por CENELEC en noviembre de 1999. Los miembros del CENELEC están so-metidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC, que define las condiciones dentro de las cuales debeadoptarse sin modificación la norma europea como norma nacional.

Los miembros del CENELEC son los Comités electrotécnicos nacionales de normalización de los paí-ses siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda,Islandia, Italia, Luxemburgo, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia ySuiza.

Norma EN 50160 -Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

Introducción

La energía eléctrica es un producto y, como cualquier otro producto, debe satisfacer unos requisitos de ca-lidad adecuados. Para que un equipo funcione correctamente, es preciso que se le suministre energía eléctri-ca a una tensión que esté dentro de un determinado intervalo alrededor del valor nominal. Una importanteparte de los equipos que se utilizan actualmente, especialmente los dispositivos electrónicos y ordenadores,requieren una buena calidad de la energía (PQ). Sin embargo, con frecuencia, estos mismos equipos causanuna distorsión en la tensión que alimenta a la instalación, debido a sus características no lineales, es decir,producen una corriente no senoidal con una tensión de entrada senoidal (véase la Sección 3.1 de estaGuía). Por lo tanto, mantener una Calidad de la Energía satisfactoria es una responsabilidad conjunta delproveedor y del usuario de la electricidad. Según la Norma EN 50160 [1] el proveedor es la parte que pro-porciona electricidad a través de un sistema de distribución público y el usuario o cliente es el compradorde la electricidad al proveedor. El usuario tiene derecho a recibir del proveedor una calidad de la energíaadecuada. En la práctica, el nivel de la Calidad de la Energía es un compromiso entre el usuario y el proveedor.Cuando la Calidad de la Energía disponible no es suficiente para satisfacer las necesidades del usuario, seránecesario aplicar medidas de mejora de la misma que deberán ser objeto de un análisis de coste-beneficio(véase la Sección 2.5 de esta Guía). Sin embargo, el coste de una mala Calidad de la Energía normalmente su-pera el coste de las medidas necesarias para su mejora —se estima que las pérdidas causadas por la ma-la calidad de la energía cuestan a la industria y al comercio de la UE unos 10.000 millones de € por año(véase la Sección 2.1 de esta Guía).

Por otro lado, la energía eléctrica es un producto muy específico. La posibilidad de almacenar electricidaden una cantidad significativa es muy limitada, por lo que debe consumirse a medida que se genera. La me-dición de la Calidad de la Energía es complicada, ya que el proveedor y el usuario, cuyos equipos eléctricossensibles son también fuente de perturbaciones, tienen perspectivas diferentes.

La Norma IEC 038 [2] distingue dos tensiones diferentes en las redes e instalaciones eléctricas:

� Tensión de entrada, que es la tensión entre fases o entre una fase y neutro en el punto deacoplamiento común (PCC), es decir, en el punto principal de suministro a la instalación.

� Tensión de servicio, que es la tensión entre fases o entre fase y neutro en la toma de corriente oterminal del dispositivo eléctrico.

El documento principal que trata de los requisitos relativos exigibles al proveedor es la Norma EN 50160,que determina los parámetros de tensión de la energía eléctrica que deben presentar los sistemas dedistribución públicos. Se trata de una norma europea que, en algunas regiones o países se ha comple-mentado con otras normas suplementarias, como [3] en Alemania, o [4] en Polonia. Muchas normati-vas regionales, como el TAB Alemán [3] se refieren a un servicio concreto, pero actualmente están siendounificadas en el marco de la liberalización del mercado de la electricidad alemán. Según IEC 038, tanto laNorma EN 50160 como las normas [3,4] se refieren a la tensión de entrada, es decir, a la que se mide en elpunto de acoplamiento común (PCC) o punto de suministro.

Perturbaciones de Tensión

1

Desde el punto de vista del usuario, lo importante es la calidad de la energía disponible para sus equi-pos. El correcto funcionamiento de dichos equipos exige que el nivel de las perturbaciones electromag-néticas que lleguen a ellos se mantenga por debajo de ciertos límites. Los equipos se pueden ver afecta-dos por perturbaciones que procedan del suministro o de otros equipos presentes en la instalación, asícomo los propios equipos pueden afectar a la calidad del suministro. Estos problemas están contempla-dos en las normas EMC de la serie EN 61000, en los que se especifican los límites de las perturbacionesconductivas admisibles. La sensibilidad de los equipos a la calidad de la tensión de servicio, así como lasmedidas paliativas, se exponen en al Sección 3 (Armónicos) y en la Sección 5 (Perturbaciones de Tensión)de esta Guía.

El tema de esta sección es una presentación detallada de la Norma EN 50160 y un análisis de sus requisitossegún el funcionamiento de determinados equipos. Asimismo se exponen los métodos para la medición delos parámetros de tensión de entrada.

Definiciones básicas de los parámetros de tensión

En la Norma EN 50160 (en España UNE-EN 50160) se definen varios parámetros de tensión. Los más im-portantes son:

Tensión de alimentación – es el valor eficaz de la tensión en un momento determinado, en el punto de aco-plamiento común, medido durante un determinado intervalo de tiempo dado.

Tensión nominal de una red (Un) – es la tensión por la cual se designa o identifica un sistema y que sirve dereferencia para determinadas características de funcionamiento.

Tensión de entrada declarada (Uc) – generalmente es la tensión nominal Un del sistema. Si, por acuerdo en-tre el proveedor y el usuario, se aplica al terminal una tensión diferente de la nominal, esta tensión es la ten-sión de entrada declarada.

Condiciones normales de funcionamiento – son las condiciones que permiten satisfacer la demanda de lacarga, las maniobras de la red y la eliminación de los fallos por el sistema automático de protección, en au-sencia de condiciones excepcionales debidas a influencias externas o a causas de fuerza mayor.

Variación de tensión – es un aumento o disminución de la tensión debida normalmente a la variación de lacarga total de la red de distribución o de una parte de esa red.

Parpadeo (flicker) – impresión de inestabilidad de la sensación visual debida a un estímulo luminoso, en elcual la luminancia o distribución espectral fluctúan en el tiempo.

Severidad del parpadeo – intensidad de la molestia producida por el parpadeo, definida mediante el méto-do de medición del parpadeo de UIE-IEC y evaluada por medio de las magnitudes siguientes:

Severidad de corta duración (Pst) medida en un período de diez minutos.

Severidad a largo plazo (Plt) calculada a partir de una secuencia de 12 valores de Pst medidos en un inter-valo de dos horas según la siguiente expresión:

Plt = 3 Σ Psti

3

(1)12

Hueco de la tensión de alimentación – disminución brusca de la tensión de alimentación hasta un valorsituado entre el 90% y el 1% de la tensión declarada Uc, seguida del restablecimiento de la tensión des-pués de un período de tiempo corto. Convencionalmente la duración de un hueco de tensión está com-prendida entre 10 ms y 1 minuto. La profundidad de la caída de tensión se define como la diferencia en-tre la tensión eficaz mínima durante el hueco de tensión y la tensión declarada. Las variaciones de ten-sión que no reducen la tensión de entrada a menos de un 90% de la tensión declarada Uc no se conside-ran huecos de tensión.

2

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

i=l

12

Interrupción del suministro – es una condición en que la tensión en los terminales de entrada es inferior al1% de la tensión declarada Uc. Las interrupciones de suministro se clasifican en:

� Previstas, cuando los usuarios son informados de antemano para permitir la ejecución de trabajosprogramados en la red de distribución.

� Accidentales, cuando están provocados por fallos permanentes (interrupciones de más de 3 min.) otransitorios (interrupciones de hasta 3 min.), relacionadas principalmente con incidentes externos,fallos de equipos o interferencias.

Sobretensiones temporales a la frecuencia de la red – tienen una duración relativamente larga, normalmentede unos cuantos periodos de frecuencia de la red, y se originan principalmente por operaciones o fallos deconmutación, p.ej. una reducción brusca de la carga, o por la desconexión de cortocircuitos.

Sobretensiones transitorias – son sobretensiones oscilatorias o no oscilatorias de corta duración, generalmen-te fuertemente amortiguadas que duran como máximo unos pocos milisegundos, o menos, originadas por ra-yos o por algunas operaciones de conmutación, por ejemplo la interrupción de una corriente inductiva.

Tensión armónica – Es una tensión senoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia funda-mental de la tensión de alimentación. Las tensiones armónicas pueden evaluarse:

� Individualmente, por su amplitud relativa Uh con relación a la tensión fundamental U1, donde h esel orden del armónico.

� Globalmente, es decir, según el valor de la tasa de distorsión armónica total de la tensión THDU,calculada mediante la siguiente expresión:

THDu = Σ (U

h )2

(2)U1

Tensión interarmónica – es una tensión senoidal cuya frecuencia se sitúa entre las frecuencias de los armó-nicos, es decir, la frecuencia es un múltiplo no entero de la fundamental.

Desequilibrio de Tensión – es una condición en la que los valores eficaces de las tensiones de fase o de losángulos de fase entre fases consecutivas de un sistema trifásico no son iguales.

Requisitos principales de la norma EN 50160

La norma EN 50160 proporciona los principales parámetros de tensión y los correspondientes márgenes dedesviación permisibles en el punto de acoplamiento común (PCC) del usuario en sistemas públicos de dis-tribución de electricidad en baja tensión (BT) y de media tensión (MT), en condiciones de funcionamien-to normales. En este contexto, BT significa que la tensión eficaz nominal entre fases no supera los 1000 V yMT significa que el valor eficaz nominal está comprendido entre 1 kV y 35 kV.

La comparación de las exigencias de la Norma EN 50160 con las especificaciones de las normas EMC de laserie EN 61000, que se relacionan en las Tablas 1 y 2, muestra diferencias significativas en varios paráme-tros. Estas diferencias se deben a dos razones principales:

� Las especificaciones de las normas EMC se refieren a la tensión de servicio, según IEC 038, mientrasque la Norma EN 50160 hace referencia a la tensión de suministro. Las diferencias entre estastensiones se deben a las caídas de tensión en la instalación y a las perturbaciones que se originanen la red o en otros equipos de la instalación. Por este motivo, en muchas normas de la serie EN61000 la corriente del equipo es un parámetro importante, mientras que la corriente de carga no esrelevante para la norma EN 50160.

� La EN 50160 sólo proporciona límites generales que son técnica y económicamente factibles demantener por el proveedor en sistemas de distribución públicos. En aquellos casos en que serequieran unas condiciones más rigurosas, será preciso negociar un acuerdo detallado entre elproveedor y el consumidor. Las medidas para mejorar la Calidad de la Energía implican costes y lautilización de equipos adicionales, que se abordan en otras secciones de esta guía.

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

3

h=2

40

4

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

No ParámetroCaracterísticas de la tensión de entrada según la

Norma EN 50160

Características de Baja Tensión según la serie EN 61000 de EMC

EN 61000-2-2 Otras normas

1 Frecuencia BT, MT: valor medio de la fundamental medida

a lo largo de 10 seg.

±1% (49,5 – 50,5 Hz) durante el 99,5% de la

semana

- 6%/+4% (47 – 52 Hz) durante el 100% de la

semana

2%

2 Variaciones de la tensión

suministrada

BT, MT: ±10% durante el 95% de la semana,

media de valores eficaces medidos en periodos

de 10 minutos (Figura 1)

±10% aplicado durante

15 minutos

3 Cambios bruscos de

tensión

BT: 5% normal

10% infrecuente

Plt ≤ 1 para el 95% de la semana

MT: 4% normal

6% infrecuente

Plt ≤ 1 para el 95% de la semana

3% normal

8% infrecuente

Pst < 1,0

Plt < 0,8

3% normal

4% máximo

Pst < 1,0

Plt < 0,65

(EN 61000-61, 6-2)

hasta 60% durante 1000

ms (EN 61000-6-2)

4 Huecos en la tensión

suministrada.

La mayoría: duración <1 seg., caída <60%

Caídas locales limitadas causadas por una carga

al conectarse:

BT: 10 – 50%, MT: 10 – 50% (Figura 1)

Zonas urbanas:

1 – 4 meses

Hasta el 30% durante 10 ms

Hasta el 60% durante 100 ms

(EN 61000-6-1, 6-2)

hasta 60% durante 1000

ms (EN 61000-6-2)

5 Interrupción breve de la

tensión de suministro

BT, MT: (hasta 3 minutos)

Pocas decenas – pocas centenas / año

Duración del 70% de las interrupciones < 1 seg.

Reducción del 95%

durante 5 seg.

(EN 61000-6-1, 6-2)

6 Interrupción prolongada

de la tensión de

suministro

BT, MT: (mayor de 3 minutos)

<10 – 50/año

7 Sobretensión temporal a

la frecuencia de la red

BT: <1,5 KV rms

MT:1,7 Uc (directamente a tierra o a través de

una impedancia)

2,0 Uc (sin toma de tierra o tierra compensada)

8 Sobretensiones

transitorias

BT: generalmente < 6kV, ocasionalmente mayor,

tiempo de subida: ms - μs.

MT: No definido

± 2 kV, fase a tierra

± 1 kV, fase a fase

1,2/50(8/20) Tr/Th μs

(EN 61000-2-12)

9 Desequilibrio de tensión

de suministro

BT, MT hasta 2% durante el 95% de la semana,

media de valores eficaces medidos en periodos

de 10 minutos, hasta el 3% en algunos lugares

2% 2%

(IEC 61000-2-12)

10 Tensión armónica BT, MT: véase Tabla 2 6%-5º; 5%-7º; 3,5%-

11%;

3%-13º;

THD < 8%

5%-3º; 6%-5º; 5%-7º;

1,5%-9º; 3,5%-11º;

3%-13º; 0,3%-15º;

2%-17º (EN 61000-3-2)

11 Tensión interarmónica BT, MT: en estudio 0.2%

Tabla 1- Comparación de los requisitos de tensión de suministro según la Norma EN 50160 y la serie EN 61000 de EMC

� La EN 50160 presenta limitaciones adicionales. No se puede aplicar en condiciones defuncionamiento anormales, entre las que se encuentran las siguientes:

� Condiciones que se producen como consecuencia de un fallo temporal o de una avería en elsuministro.

� En el caso de avería de una instalación o del equipo del cliente, que impida que se puedan cumplirlas especificaciones correspondientes o no cumpla los requisitos técnicos requeridos para laconexión de las cargas a la red de suministro.

� En el caso de dificultades de la instalación generadora para cumplir las normas relativas o lasprescripciones técnicas para su interconexión con el sistema de distribución de electricidad.

� En situaciones excepcionales fuera del control del proveedor de electricidad, en particular:

- Condiciones climatológicas excepcionales u otros desastres naturales.

- Interferencias de terceros.

- Actuaciones de las autoridades públicas.

- Acción industrial (sometida a requerimientos legales).

- Causas de fuerza mayor.

- Cortes de energía causados por incidentes externos.

Como muestra el análisis de los parámetros presentados en al Tabla 1, estos requisitos no son especial-mente rigurosos para el proveedor. Las numerosas situaciones en las que la norma no es aplicable puedenexcusar la mayoría de los cortes de energía y las perturbación de la tensión que se presentan en la práctica.Por lo tanto, muchos suministradores interpretan los requisitos de EN 50160 como meramente informati-vos y no aceptan responsabilidad alguna cuando se superan los límites.

Por otra parte, normalmente el punto de vista de los consumidores es totalmente distinto —conside-ran los límites establecidos por la Norma EN 50160 como requisitos que deben ser garantizados por elproveedor. Sin embargo, como ya hemos mencionado, para muchos consumidores, incluso el cumpli-miento de los requisitos dados por EN 50160 no asegura un nivel satisfactorio de Calidad de la Energía.En estos casos el nivel de Calidad de la Energía requerido debe definirse en un acuerdo pactado entreproveedor y consumidor.

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

5

Armónicos imparesArmónicos pares

No múltiplos de 3 Múltiplos de 3

Orden h Tensión relativa

(%)

Orden h Tensión relativa

(%)

Orden h Tensión relativa

(%)

5 6 3 5 2 2

7 5 9 1,5 4 1

11 3,5 15 0,5 6 .... 24 0,5

13 3 21 0,5

17 2

19 1.5

23 1.5

25 1.5

Tabla 2 - Valores de las tensiones armónicas individuales en los terminales de entrada para órdenes de hasta 25, dados en porcentaje de Un

Funcionamiento de los equipos y prescripciones de la EN 50160

El funcionamiento correcto de losequipos eléctricos requiere una ten-sión de suministro tan próxima a latensión nominal como sea posible.Incluso desviaciones relativamente pe-queñas respecto al valor nominal pue-den provocar un funcionamiento noóptimo de los equipos; por ejemplouna reducción de su rendimiento, o unmayor consumo de energía con calen-tamientos adicionales y reducción desu vida útil. A veces, desviaciones pro-longadas pueden provocar el funcio-namiento intempestivo de los disposi-tivos de protección, interrumpiendo elsuministro de energía. Por supuesto, elcorrecto funcionamiento de los equi-pos depende también de muchos otrosfactores, como las condiciones medio-ambientales y su adecuada selección einstalación.

La investigación, por separado, de lainfluencia de cada parámetro de la ten-sión de suministro sobre el funciona-miento de los equipos se lleva a cabo con facilidad, pero cuando los parámetros varían simultáneamente lasituación es mucho más compleja. En algunos casos, tras un detallado análisis de los efectos de cada unode los diferentes parámetros de la tensión, los resultados pueden superponerse con el fin de estimar la in-fluencia total de varios de ellos. La influencia de un determinado parámetro de tensión sobre el funciona-miento de los equipos se determina en base a determinadas formulas matemáticas que describen los fe-nómenos físicos analizados. A continuación se presentan dos simples ejemplos relativos a iluminación ymotores:

Interrupción de suministroeléctrico de corta duración

Δt < 3 mins

6

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

Figura 1 -Ilustración de un hueco de tensión y de una interrupción breve del suministro eléctrico,clasificadas según EN 50160. Un – tensión nomina del sistema de alimentación eléctrica (rms),

UA – amplitud de la tensión de suministro, U(rms) – valor eficaz de la tensión e entrada.

Margen de las variaciones de la tensión desuministro durante el 95% del tiempo

Hueco de tensión, Δt > 10 ms

Figura 2 - Valor relativo del flujo luminoso F de unalámpara incandescente y de una lámpara de descarga en

función de la tensión de entrada según la fórmula (3)

Lámpara de incandescencia

Lámpara de descarga

Tensión nominal relativa

Fluj

o re

lativ

o

Para las fuentes de luz de incandescen-cia, la tensión de entrada tiene una in-fluencia muy importante sobre el flujoluminoso, como se muestra en laFigura 2 y con la fórmula (3). Las varia-ciones aceptables de la tensión de su-ministro, de acuerdo con EN 50160pueden producir, por tanto, notablesvariaciones del flujo luminoso. La EN50160 permite, por ejemplo, que la ten-sión de suministro pueda ser igual aUn-±10% durante un período prolon-gado, por lo que una lámpara de incan-descencia puede emitir desde un míni-mo del 70% hasta un máximo del 140%de su flujo luminoso nominal, respecti-vamente. Además, con Un+10%, la vidaútil de estas lámparas se reduce aproxi-madamente al 25% de su valor nominal(Figura 3), es decir, a unas 250 horas enlugar de las 1000 horas que son su du-ración normal. (Recuérdese que la du-rabilidad de las lámparas fluorescentesy de descarga depende principalmentedel número de ciclos de activación. Elefecto de las variaciones de la tensión de entrada es pequeño.) Los valores mostrados en las Figuras 2 y 3están calculados para una tensión de funcionamiento constante al valor dado.

En la práctica el valor de la tensión varía continuamente según las condiciones de funcionamiento y de car-ga en la red, como se muestra en el ejemplo de la Figura 4. Las expresiones matemáticas de las curvas delas figuras 2 y 3 son:

F =( U )

b

(3)Fn Un

donde:

F = flujo luminosoU = tensión de entradaFn = flujo luminoso correspondiente al valor nominal de la tensión de entrada Un

b = coeficiente igual a 3,6 para lámparas incandescentes y 1,8 para lámparas de descarga

D =( U )

-14

(4)Dn Un

donde:

D = vida útil (durabilidad) de la lámpara incandescenteDn = durabilidad correspondiente al valor nominal de la tensión de entrada Un

Como se puede ver, los requisitos de la EN 50160 relativos a las variaciones de tensión no son muy riguro-sos. Incluso si se mantienen las variaciones de tensión dentro de los límites permisibles de ±10% se puedeproducir un bajo rendimiento de las fuentes de iluminación. En la práctica estas variaciones deben limi-tarse en torno a ±(3-4)% a fin de evitar consecuencias negativas en la iluminación.

Las fluctuaciones de tensión mostradas en la Figura 4 ilustran la influencia de la tensión en la severidad delparpadeo (flicker), que puede ser medida y calculada por medio de la fórmula (1). La medición del parpa-deo se trata en otra sección de esta Guía.

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

7

Figura 3 - Valor relativo de la vida útil (durabilidad) deuna lámpara incandescente en función de la tensión

de entrada, según la fórmula (4)

Tensión nominal relativa

Tiem

po d

e vi

da r

elat

ivo

Para los motores eléctricos el factor más importante es la fluctuación del par motor, que depende del cuadra-do del valor de la tensión de entrada. Pueden presentarse problemas durante el arranque de grandes cargas,porque la elevada corriente incidente provoca una caída de tensión adicional en la instalación (Figura 5). En lapráctica, en la mayoría de los motores eléctricos trifásicos el arranque se produce normalmente como mínimoal 85% de la tensión nominal con cargas de arranquegrandes y como mínimo al 70% para cargas de arran-que pequeñas. Por lo tanto, en este caso, los requisi-tos de fluctuación de la tensión de la EN 50160 sonsatisfactorios. Sin embargo, el funcionamiento pro-longado de un motor a un valor de tensión eficaz de–10% o de +10% de Un puede producir otras conse-cuencias negativas: sobrecarga y entrada en funcio-namiento de la protección térmica en el primer caso,o funcionamiento con una potencia excesiva y ladesconexión de la protección en el segundo caso.Todas las caídas de tensión pueden provocar una ac-tuación anómala de la protección del motor.

La influencia de la corriente de carga sobre la ten-sión de entrada en la instalación depende de la im-pedancia de la red de alimentación. La tensión deutilización en el equipo depende de la impedanciade la red de alimentación y de la de la instalacióndel cliente. En la Figura 6 se ilustra la influencia dela corriente de carga sobre la tensión de entrada.

Otra causa de problemas importantes en los moto-res son los armónicos de tensión y el desequilibriode la tensión de entrada. El desequilibrio de la ten-sión de entrada en un sistema trifásico produce unpar motor opuesto proporcional a la componentede tensión de secuencia negativa. Cada armónico

8

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

Figura 4 - Ejemplos de caídas de tensión (tensiones eficaces de fase a neutro); oscilogramas que muestran las variaciones de la tensión de entrada (traza superior) y de la frecuencia (traza inferior)

en el punto de acoplamiento común de una pequeña fábrica.

Figura 5 - Ejemplo de variaciones de tensión (traza superior) en el arranque de un motor

asíncrono. Traza inferior – corriente de carga en la instalación alimentada de una pequeñafábrica. El pico al final de la traza de corriente

corresponde al proceso de irrupción

de tensión produce la correspondiente corrientearmónica y su propio par motor, que puede ser co-herente u opuesto al par motor principal para dis-tintos valores del desplazamiento de fase. Los masimportantes aquí son los 5º y 7º armónicos. La fi-gura 7 ilustra un caso en que el par motor del 7º ar-mónico puede producir problemas durante elarranque del motor, donde se cruzan las curvas ca-racterísticas del par motor y del par de frenado.

Para otros equipos eléctricos la relación entre la ten-sión de alimentación y su potencia o eficiencia pue-de ser significativa. Para la mayoría de los equipos, loscambios de tensión en el rango (0,9 – 1,1) Un no pro-ducen ninguna consecuencia negativa, especialmen-te en el caso de dispositivos de calefacción comunes.Para equipos con una mayor sensibilidad a la tensiónde entrada debe instalarse una protección adecuada.

Métodos de medida

La medida y verificación de la calidad de la tensiónde entrada, según EN 50160, requiere el empleo de aparatos y métodos de medida especializados (véanselas Secciones 3.2 y 5.2 de esta Guía). Este procedimiento permite la supervisión continua, a lo largo de 7 dí-as, de los parámetros siguientes:

� Tensión en las tres fases.

� Frecuencia.

� Coeficiente de distorsión armónica total THDU.� Coeficiente de desequilibrio de tensión, que es un múltiplo de las componentes de tensión de

secuencia negativa y positiva.

� Variaciones de tensión rápidas y lentas, que se definen como factores de severidad de oscilación acorto plazo (Pst) y a largo plazo (Plt) (ecuación 1).

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

9

Figura 6 - Ilustración de la influencia de lacorriente de carga sobre las caídas de tensión de

entrada en la instalación eléctrica

Figura 7 - Influencia del par asíncrono producido por los armónicos sobrela curva característica del para principal de un motor asíncrono

Par motor debido a lafrecuencia fundamental

Par resultante

Par de frenado (de carga)

Par debido al 7º armónico

Par debidoal 5º armónico

Velocidad

Par

Este tipo de equipos permite también la medición de las caídas y cortes de tensión, así como su frecuenciay duración.

Los parámetros medidos se procesan y registran en segmentos de 10 minutos (1008 segmentos a lo largo de7 días). En cada segmento se calcula el valor medio del parámetro medido. Tras el periodo de 7 días se ob-tiene el llamado “diagrama ordenado”, que muestra la suma de la duración de un determinado nivel de dis-torsión en el período de tiempo observado. (Para la medida de frecuencia, la duración de cada segmentoindividual es de 10 segundos).

En la Figura 8 se muestra un ejemplo de diagrama ordenado. En él se ve claramente si los parámetros detensión medidos se han mantenido al nivel permisible durante el 95% del tiempo de la prueba. (Tabla 1).

Normativas de algunos países

Como ya hemos mencionado, mientras que la serie de normas EN 50160 da unos límites generales para lasredes de distribución pública, algunos países europeos disponen de normativas adicionales que regulan lascondiciones del suministro. Muchas de estas normativas nacionales cubren áreas no incluidas en EN 50160,tal como la máxima carga armónica permisible para conectarse al punto de acoplamiento común.

La norma nacional alemana VDE 0100 establece que los parámetros de tensión definidos en la Norma DINEN 50160 reflejan situaciones extremas en la red y no son representativos de las condiciones normales. Enla planificación de las redes se deben seguir las recomendaciones de la VDE 0100. Uno de los requisitos téc-nicos de conexión - TAB [3] - establece valores máximos (por unidad) para las cargas resistivas controladaspor ángulo de fase (1700 VA en monofásico, 3300 VA en bifásico y 5000 VA en trifásico equilibrado). Tambiénse cita la norma para equipos VDE 0838 (EN 60555).

En Polonia, las normas de distribución de energía eléctrica establecidas por el gobierno [4] establecen los pa-rámetros fundamentales de la tensión de entrada (Tabla 3) y no se hace referencia a la EN 50160. Además, losconsumidores están divididos en seis grupos, para los que se definen distintos tiempos totales permisibles decorte de suministro eléctrico. El documento también trata en detalle diversos aspectos económicos del mer-cado de la energía, principios de resolución de conflictos entre la red y las compañías de distribución, etc.

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Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

Figura 8 - Ejemplo de diagrama ordenado del coeficiente de distorsiónarmónica total medido en subestaciones que suministran a redes de baja

tensión industriales (1 y 3) y municipal (2)

Muestra ordenada

5% t

THD

u(%

)

En Italia existe un importante documento que trata de la continuidad del suministro eléctrico [8]. LaAutoridad Reguladora de la Electricidad y del Gas (AEEG) ha establecido de hecho un sistema uniforme deindicadores de la continuidad del servicio y ha implantado un sistema de incentivos y penalizaciones a finde mejorar progresivamente los niveles de continuidad hasta ajustarlos a la normativa europea. LaAutoridad ha dividido el territorio nacional en 230 zonas geográficas, subdividas por áreas de densidad depoblación y ha establecido objetivos de mejora para cada área sobre la base de los niveles alcanzados en elaño anterior. Las distribuidoras que consigan mejoras superiores al nivel requerido pueden recuperar losmayores costes en que hayan incurrido. Del mismo modo, las compañías deberán pagar una penalizaciónsi no consiguen alcanzar el objetivo de mejora previsto. Las interrupciones causadas por fuerza mayor o lascausadas por terceros no se incluyen en el cálculo. El objetivo general es llevar los niveles de continuidadde los rendimientos nacionales hasta alcanzar unos valores basados en los estándares europeos: 30 minu-tos de interrupciones totales por usuario y año en las grandes ciudades (alta densidad de población); 45 mi-nutos en ciudades de tamaño medio (densidad media); y 60 minutos en áreas rurales (baja densidad). Otrospaíses tienen regímenes similares impuestos por sus autoridades reguladoras.

El Reino Unido dispone de diversos documentos que conforman la normativa de distribución. Uno de losmás importantes es el documento G5/4, que se trata en otra sección de esta Guía, que regula la conexiónde las cargas armónicas al punto de acoplamiento común. Las medidas para fomentar la mejora de la con-tinuidad son responsabilidad de la Oficina de los Mercados de Gas y Electricidad (OFGEM).

Conclusiones

Los requisitos establecidos por la EN 50160 no son difíciles de cumplir para los distribuidores de electrici-dad. Los parámetros de la tensión de entrada deben estar dentro de los límites especificados (Tabla 1) du-rante el 95% del período analizado, mientras que las desviaciones permitidas en el 5% restante del períodoson mucho mayores. Por ejemplo, el valor medio durante el 95% del tiempo estará entre el 90% y el 110%de la tensión nominal. Esto significa que, en un caso extremo, los clientes pueden recibir un suministrocontinuo con el 90% del valor de la tensión nominal mientras que, durante el 5% del tiempo restante, la ten-sión puede ser muy inferior. Si, en esa situación límite, otros parámetros están también en los extremospermitidos por la norma, por ejemplo tensiones armónicas o desequilibrios de tensión, es probable que sepresenten anomalías en el funcionamiento de los equipos.

La norma podría mejorarse. Por ejemplo, la exigencia de que los valores medios de los parámetros de ten-sión medidos a lo largo de todo el período de analizado se mantuviesen en el ±5% garantizaría que la tensiónde suministro no pudiese mantenerse en el límite inferior o superior durante un período prolongado.

El número de huecos de tensión permitido (hasta 1.000 durante un año) y el número de cortes de suminis-tro breves y prolongados son demasiado elevados desde el punto de vista del usuario. Las caídas de tensión

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

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Parámetro de tensión de entrada Límites según [4]

Frecuencia BT y MT: 50 Hz nominales (49,5 – 50,2 Hz)

Magnitud de la tensión BT y MT: -10% - +5% del valor eficaz en 15 minutos

ArmónicosBT: THDU ≤ 8%, cada armónico / U1 ≤ 5%

MT: THDU ≤ 5%, cada armónico / U1 ≤ 3%

Interrupciones prolongadas BT y MT: 48h/año

Tabla -3- Requisitos relativos a la Calidad de la Energía de la tensión de suministro en la red de distribución polaca, según [4]

por debajo del 30% de la tensión nominal con duración superior a 0,3 seg. pueden provocar la desconexiónde la protección de baja tensión o que los contactores de los circuitos de un motor se abran. Por lo tanto, elnúmero real de interrupciones del proceso será mucho mayor que el número que cabria esperar como re-sultado de las interrupciones de tensión.

La norma EN 50160 debe entenderse como la representación de un compromiso entre suministrador yusuario. Requiere que el proveedor suministre, como mínimo, una Calidad de la Energía mínimamenteadecuada. La mayoría de los proveedores superan, de forma rutinaria, estos requisitos por un amplio mar-gen, pero no los garantizan. Si las necesidades del cliente son más exigentes, se deben aplicar medidas pa-liativas o negociar un acuerdo independiente para obtener una mayor calidad del suministro. No obstante,la ventaja importante de esta norma es que:

� Define los parámetros de tensión importantes para la calidad de la energía.

� Determina cuantitativamente los valores, que son un punto de referencia para la evaluación de lacalidad de la energía.

Es tarea del organismo regulador de la energía eléctrica establecer un nivel de calidad que requiera la apli-cación de las mejores prácticas por parte del suministrador, sin que ello signifique establecer un nivel tanelevado que haga amentar el precio de la electricidad para todos los consumidores a valores excesivos.

Referencias y bibliografía

[1] EN 50160, Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems, 1999

[2] IEC 038, IEC standard voltages, 1999

[3] Technische Anschlussbedingungen (Technical requirements of connection), VDEW

[4] Rozporzadzenie Ministra Gospodarki z dnia 25 wrzesnia 2000, w sprawie szczególowych warunków przylaczaniapodmiotów do sieci elektroenergetycznych, obrotu energia elektryczna, swiadczenia uslug przesylowych, ruchusieciowego i eksploatacji sieci oraz standardów jakosciowych obslugi odbiorców. Dziennik Ustaw Nr 85, poz. 957(Rules of detailed conditions of connection of consumers to the electrical power network and quality requirements inPoland).

[5] Baranecki A et al, Poprawa jakosci zasilania w sieciach NN i SN. (Improvement of supply quality in LV and MVnetworks), Elektronizacja 1-2/2001

[6] Seipp G G, Elektrische Installationstechnik, Berlin – München, Siemens AG, 1993

[7] DIN VDE 0100-100 (VDE 0100 part 100): 2002-08

[8] Decision 128/1999: Definizione di obblighi di registrazione delle interruzioni del servizio di distribuzionedell’energia elettrica e di indicatori di continuità del servizio

[9] Decision 144/00: Determinazione dei livelli effettivi base e dei livelli tendenziali di continuità del servizio per ogniambito territoriale e per ogni anno del periodo 2000-2003 ai sensi dell’articolo 7 della deliberazione dell’Autoritàper l’energia elettrica e il gas 28 dicembre 1999, n. 202/99 e per la determinazione della media nazionale deilivelli tendenziali di continuità del servizio per l’anno 2004, ai sensi dell’articolo 9, comma 9.4, della medesimadeliberazione.

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