República Bolivariana de Venezuela

M.P.P. Para la Educación Universitaria

Universidad Rafael Urdaneta

Sistemas de Energía Para Telecomunicaciones

Trabajo Final

Elaborado por:

SOCORRO, Guillermo.

C.I.: V-18.823.958

Maracaibo, noviembre de 2013.

INDICE

1. Perturbaciones de la onda senoidal...................................................................3

2. Fluctuaciones de Voltaje (Sags & Swells).........................................................6

3. Sobretensiones Transitorias (de Decaimiento e impulso).................................7

4. Perturbaciones Subciclo (Notches, Flickers).....................................................8

5. Interrupción de Energía.....................................................................................8

6. Interferencias electromagnéticas (EMI).............................................................9

7. Interferencias de Radiofrecuencia (RFI)..........................................................10

8. Armónicas en el sistema de potencia..............................................................10

9. Formas de onda de armónicas........................................................................11

10. Armónicas de Voltaje....................................................................................13

11. Armónicas de corriente.................................................................................14

12. El factor de armónicas..................................................................................14

13. Distorsión total de armónicas (THD)............................................................15

14. Fuentes de poder de modo conmutado........................................................16

15. Generadores de armónicas..........................................................................17

16. Rectificador de media onda y onda completa...............................................18

17. Espectro de las armónicas...........................................................................18

18. Resonancia en serie y en paralelo...............................................................19

19. Soluciones generales para el problema de las armónicas...........................21

20. Control y soluciones para problemas de calidad de potencia......................23

21. Transformadores..........................................................................................25

22. Transformadores Ferroresonantes...............................................................25

23. Sistemas de UPS.........................................................................................26

24. Motor-Generador..........................................................................................27

25. Filtro de armónicas.......................................................................................28

DESARROLLO

1. Perturbaciones de la onda senoidal.

Las perturbaciones

Las tensiones (ondas) observadas en las redes no son nunca perfectamente sinusoidales, porque:

- Los generadores (alternadores) son mas o menos perfectos.- Los transformadores no son perfectos.- Los receptores generan o absorben armónicos.- Las redes se utilizan como soporte de determinadas señales (corrientes

portadoras).

Generadores

Solo los aparatos de bajo precio, generalmente de pequeña potencia, generan armónicos.

(Ejemplo de tensiones entregadas por generadores baratos)

Transformadores

Cuando están calculados muy ajustados, empiezan a saturarse en cuanto la tensión excede del valor nominal.

(Tensión de salida de un transformador calculado demasiado justo)

Receptores

Los condensadores: son los limpiadores de las redes; absorben tanto mejor los armónicos cuanto mayor es su frecuencia. La corriente absorbida por los condensadores es pues una reproducción de la tensión de la red en la que están colocados.

Los tubos fluorescentes: aun montándolos sobre fases diferentes y compensados absorben corrientes no sinusoidales especialmente cargadas de armónicos.

Los rectificadores con mando de fase: en la gran mayoría de casos alimentan un circuito inductivo y absorben sucesivamente sobre cada fase una corriente rectangular que, si su potencia es importante, deforma por caída de tensión la senoide de la red.

(Ondas “U” e “i”, deformadas por un rectificador)

Lo mismo se tiene con los reguladores continuos para calefacción.

(Ondas “U” e “i”, deformadas por un regulador de caldeo)

En cuanto a los variadores de velocidad con recuperación de energía de frenado, inyectan en la red, en su funcionamiento como ondulador, impulsos de corriente.

Las alimentaciones conmutadas (switching-troceadores) son también polucionantes, pues absorben una corriente rectangular de frecuencia comprendida entre 10 y 30 KHz.

Los hornos industriales son auténticos polucionantes de las redes:

- Los hornos de arco producen un verdadero ruido eléctrico que contiene todas las frecuencias, con una amplitud que decrece con la frecuencia.

- Los hornos de inducción son generadores de parásitos de banda estrecha, centrada sobre algunas decenas de KHz.

- Los hornos VHF (microondas de 13,5 o 27,1 MHz) inducen corrientes de HF en la red.

Corrientes portadoras

Se trata de señales adicionales voluntariamente inyectadas en la red por el distribuidor de energía eléctrica, por ejemplo para el cambio de tarifa Día/Noche. (Pulsadix: 175 Hz).

Se pueden oír estas señales al pasar con el coche por debajo de una línea de AT, a través de la radio. Su frecuencia varía según los países..., se encuentran valores de 110 Hz - 175 Hz - 183 Hz - 217 Hz - 283 Hz - 317 Hz - 600 Hz - 1.050 Hz - 1.350 Hz.

Las señales están constituidas por trenes de impulsos de la frecuencia elegida inyectadas según un determinado código. La tensión correspondiente a estas señales es del orden de los 10 V. Hay otras señales que vienen a perturbar la red en la zona del abonado de BT:

- Emisión de los interfonos (algunas decenas de kHz).- Órdenes de telemandos (50 a 150 kHz).

Efectos de las perturbaciones

Toda señal alterna, cualquiera que sea su forma de onda, puede considerarse como la suma de señales alternas senoidales de frecuencias iguales a la de la señal fundamental y los múltiplos de esta señal, los armónicos (descomposición de una señal en series de Fourier). Los armónicos y las frecuencias particulares inyectadas en la red producen efectos nefastos, incluso peligrosos (en este mismo apartado estudiaremos los armónicos más profundamente).

2. Fluctuaciones de Voltaje (Sags & Swells).

Serie de variaciones de tensión o variación cíclica de la envolvente de la tensión. Las variaciones de luminancia del alumbrado debido a estas fluctuaciones produce el fenómeno ocular conocido como parpadeo (o Flicker).

Depresión de voltaje (sags)

 

Es un decremento momentáneo (varios ciclos de duración) en el nivel de voltaje. Es debido a la conexión de grandes cargas, descargas atmosféricas y fallas en la red eléctrica.

Dilatación de voltaje (swell) 

Es un incremento del voltaje de varios ciclos de duración. Es ocasionado por la desconexión de cargas grandes y no llega a ser un sobrevoltaje.

3. Sobretensiones Transitorias (de Decaimiento e impulso).

Según la UNE 50160, corresponde a una sobretensión oscilatoria o no, de corta duración, generalmente fuertemente amortiguada y cuya duración no excede de algunos milisegundos.

Por su amplitud y duración, las sobretensiones transitorias tienen que ser analizadas a partir de valores instantáneos de la amplitud de la onda de tensión y no mediante valores promediados. Estas perturbaciones pueden manifestarse en cualquier punto de la red y a cualquier nivel de tensión. A partir de ese punto se desplazan a lo largo de la misma con la misma velocidad de propagación de una onda en un medio conductor. Por ello, en la práctica, suele considerarse que aparecen en todos los puntos de dicha red, en el mismo instante en que son generadas, aunque con parámetros diferentes, especialmente en su valor pico y, por tanto, en su energía asociada la cual disminuye conforme se aleja la onda del punto de generación.

Según su forma las sobretensiones transitorias se clasifican en:

- Simples (impulsos): Cuando representan un frente de subida y otro de bajada, a partir del cual y sin oscilaciones posteriores, la tensión vuelve a su valor normal.

- Oscilatorios: Caracterizados por un frente de subida seguido de oscilaciones que van amortiguándose en un determinado periodo de tiempo.

4. Perturbaciones Subciclo (Notches, Flickers).

Parpadeo (Flickers) 

Se refiere a las fluctuaciones en el nivel de voltaje. Estas son debidas a la conexión de cargas cíclicas como hornos eléctricos o por oscilaciones subarmónicas (subarmónicas se refiere a señales de frecuencia menor a la fundamental). Por lo general este efecto se observa fácilmente en el cambio de intensidad bajo y alto de lámparas y ruido acelerado y desacelerado de motores.

5. Interrupción de Energía.

Interrupciones de energía 

Es la pérdida total de potencia. Por lo general se considera interrupción cuando el voltaje ha decrecido a un 15 % del valor nominal o menos. Este es debido a aperturas de líneas, daño de transformadores, operación de fusibles o equipos de protección de la red, entre otras posibilidades. También se consideran interrupciones de energía aquellas que duran milisegundos.

6. Interferencias electromagnéticas (EMI).

Una interferencia electromagnética (EMI, Electromagnetic Interference) es cualquier señal o emisión, radiada en el espacio o conducida a través de un cable de alimentación o señal, que pone en peligro el funcionamiento de la navegación por radio u otro servicio de seguridad, o degrada seriamente, obstruye o interrumpe de forma repetida un servicio de comunicaciones por radio autorizado. Los servicios de radiocomunicaciones incluyen, entre otros, emisoras comerciales de AM/FM, televisión, servicios de telefonía móvil, radar, control de tráfico aéreo, buscapersonas y servicios de comunicación personal (PCS, Personal Communication Services). Estos servicios de radio autorizados y servicios de radio no autorizados, como WLAN o Bluetooth, y los radiadores involuntarios, como dispositivos digitales, incluidos los sistemas informáticos, contribuyen al entorno electromagnético.

7. Interferencias de Radiofrecuencia (RFI).

El problema más importante encontrado en la difusión a través de transmisores terrestres, es la interferencia de otras emisoras. En principio, cada emisora tiene una frecuencia de radio diferente (previstas por la autoridad pública) en una zona de recepción común, para evitar interferencias entre sí. Sin embargo todavía hay dos problemas: la radiación espuria de canales adyacentes y la recepción marginal.

Este tipo de interferencia es causado por las señales de radio frecuencia (RF) en o cerca de la frecuencia del receptor inalámbrico afectado. Las señales que interfieren se podrían haber transmitido intencionalmente, o involuntariamente como resultado de algún defecto o característica no deseada de la fuente. No es necesario que la señal de interferencia esté exactamente en la misma frecuencia que el sistema inalámbrico para que sea problemático. Las señales fuertes de radio frecuencia que estén cerca de la frecuencia de los sistemas inalámbricos pueden afectar al funcionamiento del receptor inalámbrico, al causar problemas de audio y recepción. 

8. Armónicas en el sistema de potencia.

Los armónicos son distorsiones de las ondas sinusoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal. La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como, el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida útil de los equipos, entre otros.

En un sistema de potencia eléctrica, los aparatos y equipos que se conectan a él, tanto por la propia empresa como por los clientes, están diseñados para operar a 50 o 60 ciclos, con una tensión y corriente sinusoidal. Por diferentes razones, se puede presentar un flujo eléctrico a otras frecuencias de 50 o 60 ciclos sobre

algunas partes del sistema de potencia o dentro de la instalación de un usuario. La forma de onda existente está compuesta por un número de ondas sinusoidales de diferentes frecuencias, incluyendo una referida a la frecuencia fundamental. En la figura se observa la descomposición de una onda distorsionada en una onda sinusoidal a la frecuencia fundamental (60 Hz) más una onda de frecuencia distinta. El término componente armónico o simplemente armónico, se refiere a cualquiera de las componentes sinusoidales mencionadas previamente, la cual es múltiplo de la fundamental. La amplitud de los armónicos es generalmente expresada en por ciento de la fundamental.

Equipos tales como computadoras, faxes, alumbrado electrónico, equipo de soldadura, cargadores de baterías, UPS´s, convertidores de potencia (AC a DC) hacen que se generen corrientes armónicas que en combinación con las impedancias de la fuente, producen distorsión de los voltajes de la línea.

Entre los impactos de las armónicas se tienen:

- Distorsión de la forma de onda (calidad).- Quema de fusibles y equipos varios del sistema.- Accionamientos falsos de relés y/o protecciones.- Influencia despreciable en la exactitud de medición de energía activa,

reactiva y factor de potencia.- Inestabilidad en los sistemas de potencia.

9. Formas de onda de armónicas.

El resultado de la presencia de cargas no lineales es que la forma de onda de la corriente y la tensión en el flujo de potencia pueden ser muy variables.

De hecho como la presencia de armónicas significa que la carga es no lineal, la forma de onda de la tensión y corriente son diferentes, o mejor dicho significativamente diferentes. Es importante observar como la distorsión armónica para un sistema de potencia es medido y reportado en base a la tensión, ya que un sistema de potencia es diseñado y se espera que opere como una fuente de tensión constante. Sin embargo, los sistemas de potencia son casi una fuente de tensión constante, las cargas no lineales usualmente originan más distorsión en la corriente que en la tensión.

10.Armónicas de Voltaje.

Las corrientes armónicas generadas en un sistema no son un problema grave por ellas mismas; sin embargo, el conflicto se genera cuando las corrientes armónicas, en conjunto con la impedancia del sistema, producen distorsión en la onda de voltaje y generan armónicas de voltaje. Es por ello que resulta de suma importancia para un correcto análisis armónico no sólo medir las armónicas presentes en el sistema, sino determinar la impedancia de éste para las armónicas principales.

Es por ello que los efectos de las cargas productoras de armónicas dependen en gran medida de las características del sistema. El hecho de que una carga tenga una onda de corriente distorsionada no es un indicador definitivo de que tendrá un efecto adverso en el sistema de potencia y en las cargas. Los sistemas de potencia son capaces de absorber cierta cantidad de armónicas sin producir problemas notables. La resonancia que involucran los bancos de capacitores es generalmente un factor agravante. Cuando se consideran los efectos de las cargas productoras de armónicas en otros consumidores, la distorsión en voltaje es la primera preocupación.

La distorsión en voltaje es altamente dependiente en la impedancia del sistema. Esta distorsión es la que afecta a otros consumidores de potencia. Sin embargo, la distorsión en corriente puede causar un aumento en las pérdidas e interferencia en las comunicaciones.

Las corrientes armónicas fluyen generalmente de la fuente de armónicas hacia la fuente de la compañía suministradora. Normalmente la impedancia de la fuente es de aproximadamente 1/20 de la impedancia combinada de las cargas conectadas en paralelo, por lo que se espera que entre el 90 y el 95% de la

corriente armónica fluirá en la subestación de la suministradora y encontrará un camino de retorno vía el sistema de generación.

11.Armónicas de corriente.

Las distorsiones armónicas de corriente distorsionan la onda de tensión al interactuar con la impedancia del sistema originando la reducción de la vida útil en motores y causando la operación errática de equipos electrónicos.

12.El factor de armónicas.

Factor armónico de la n-ésima armónica (HFn) El HFn, que es una medida de la contribución individual de esa armónica se define así:

 Para   donde   es el valor eficaz (rms) de la componente fundamental, y   es el valor eficaz de la n-ésima componente.

13.Distorsión total de armónicas (THD).

Distorsión armónica total (THD-Total Harmonic Distortion). La distorsión armónica total, es una medida de la coincidencia de formas entre una onda y su componente fundamental, se define como

El método más usado para medir la distorsión armónica en un sistema de potencia es la distorsión total armónica (THD), este puede ser calculado por la corriente o para la tensión, dependiendo de dónde se quiera medir la distorsión. Hay al menos otros dos índices usados en el análisis armónico, generalmente aplicables a circunstancias especiales. Esto incluye el factor de influencia telefónica, que compara el contenido armónico en relación al sistema telefónico, el otro índice es el factor K que es útil para estimar el impacto de las armónicas en las pérdidas eléctricas. Sin embargo, en la mayoría de los casos donde las armónicas son estudiadas en un sistema de potencia para identificar su fuente o diseñar como deshacerse de ellas, el índice de distorsión más apropiada es el THD, medido por separado para la tensión y para la corriente.

La adquisición de datos de una forma periódica (cada 30 min) durante un intervalo de tiempo amplio y el análisis posterior de estos registros, de forma diaria y semanal, para cada orden de armónico y para THD, puede utilizarse como metodología para este tipo de estudios [6].

En algunos circuitos, una semana de medición puede tomarse como representativa, siempre y cuando la curva de carga sea aproximadamente constante durante el mes [6].

Debido a la influencia que pueden presentar los transformadores de medida en cuanto a saturación, es necesario establecer la frecuencia límite de estudio. En [6] se hace referencia a que los transformadores de corriente son confiables en mediciones en el rango de 60 a 1500 Hz, es decir, los primeros 25 armónicos. La amplitud de la respuesta de frecuencia es constante dentro de este rango, y el ángulo de fase entre la onda de entrada y de salida es despreciable.

14.Fuentes de poder de modo conmutado.

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 Kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (Cerrados).

La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque tienen muchas pérdidas debido a corrientes de Foucault y sobretodo por las grandes pérdidas por histéresis, recordar que una curva de saturación normal de acero cocido corresponde a un material con característica dura y alta densidad de flujo) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con diodos rápidos)y filtrados (Inductores y condensadores)para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.

Las fuentes conmutadas pueden ser clasificadas en cuatro tipos:

alimentación CA, salida CC: rectificador, conmutador, transformador, rectificador de salida, filtro.

(Ej: fuente de alimentación de ordenador de mesa)

alimentación CA, salida CA: Variador de frecuencia, conversor de Frecuencia.

(Ej, variador de motor)

alimentación CC, salida CA: Inversor

(Ej: generar 220v/50ciclos a partir de una batería de 12v)

alimentación CC, salida CC: conversor de voltaje o de corriente.

(Ej: cargador de baterías de celulares para auto)

15.Generadores de armónicas.

En general, los armónicos son producidos por cargas no lineales, lo cual significa que su impedancia no es constante (está en función de la tensión). Estas cargas no lineales a pesar de ser alimentadas con una tensión sinusoidal adsorben una intensidad no sinusoidal, pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo respecto a la tensión.

Existen dos categorías generadoras de armónicos. La primera es simplemente las cargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas no es proporcional a la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica una onda sinusoidal de una sola frecuencia, la corriente resultante no es de una sola frecuencia. Transformadores, reguladores y otros equipos conectados al sistema pueden presentar un comportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de bancos de transformadores multifase conectados en estrella-estrella con cargas desbalanceadas o con problemas en su puesta a tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que se saturan son ejemplos de equipos generadores de armónicos, estos elementos se encuentran en muchos aparatos eléctricos modernos. Invariablemente esta categoría de elementos generadores de armónicos, lo harán siempre que estén energizados con una tensión alterna. Estas son las fuentes originales de armónicos que se generan sobre el sistema de potencia. El segundo tipo de elementos que pueden generar armónicos son aquellos que tienen una impedancia dependiente de la frecuencia.

16.Rectificador de media onda y onda completa.

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo.

Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Aplicación

El rectificador de media onda, rectifica la señal senoidal y la aproxima a una continua. Y el de onda completa realiza la misma función pero con menor rizado (tiende más a DC). Ejemplo: Un cargador de equipos electrónicos.

17.Espectro de las armónicas.

Cada tipo de dispositivos que produce armónicos genera una forma particular de intensidad armónica (amplitud y desplazamiento de fase). Estos valores, especialmente la amplitud de cada rango armónico, son esenciales para el análisis.

Al representar la amplitud de cada rango armónico con respecto a su frecuencia, es posible obtener un gráfico denominado espectro de armónicos.

La Figura M12 muestra un ejemplo del espectro de armónicos de una señal rectangular.

18.Resonancia en serie y en paralelo.

El uso simultáneo de dispositivos capacitivos e inductivos en las redes de distribución produce resonancia paralela o en serie, lo que se traduce en valores de impedancia muy altos o muy bajos, respectivamente. Las variaciones en la

impedancia modifican la corriente y la tensión en la red de distribución. Aquí sólo se tratarán los fenómenos de resonancia paralela, que son los más comunes.

Observemos el siguiente diagrama simplificado (ver Figura M6) que representa una instalación compuesta por:

- Un transformador de alimentación.- Cargas lineales.- Cargas no lineales que generan corrientes armónicas.- Condensadores de potencia para la corrección del factor de potencia.

En lo que respecta al análisis de armónicos, a continuación se muestra el diagrama

equivalente (ver Figura M7).

La impedancia Z se calcula por:

Despreciar R y donde:

Ls = Inductancia de alimentación (red aguas arriba + transformador + línea).

C = Capacidad de los condensadores para la corrección del factor de potencia.

R = Resistencia de la cargas lineales.

Ir = Intensidad armónica.

La resonancia se produce cuando, es decir, el denominador tiende a cero.

La frecuencia correspondiente se denomina frecuencia de resonancia del circuito.

A esa frecuencia, la impedancia se encuentra al máximo y aparecen altos niveles

de tensiones armónicas con la consecuente distorsión de la tensión. En el circuito

Ls + C, la distorsión de tensión viene acompañada por la circulación de corrientes

armónicas superiores a las que generan las cargas.

La red de distribución y los condensadores se someten a altas intensidades armónicas, con el consiguiente riesgo de sobrecargas. Para evitar la resonancia, se pueden instalar inductancias antiarmónicas en serie con los condensadores.

19.Soluciones generales para el problema de las armónicas.

Para limitar la propagación de los armónicos en la red de distribución, existen diferentes soluciones y deben tenerse en cuenta, especialmente al diseñar una nueva instalación.

Instalación de las cargas no lineales aguas arriba en el sistema

Las perturbaciones armónicas generales aumentan a medida que disminuye la potencia de cortocircuito. Dejando a un lado todas las consideraciones económicas, es preferible conectar cargas no lineales lo más aguas arriba posible (ver Figura M17).

Agrupación de las cargas no lineales

Al preparar el diagrama de una sola línea, los dispositivos no lineales deben

separarse del resto (ver Figura M18).

Creación de fuentes separadas

En el intento de limitar los armónicos, se puede obtener una mejora adicional alimentando las cargas no lineales desde una fuente independiente del resto de cargas de la instalación (ver Figura M19 en la página siguiente). La desventaja es un aumento del coste de la instalación.

20.Control y soluciones para problemas de calidad de potencia.

Aunque las utilidades intentan mejorar la confiabilidad de la red, la sensibilidad de los equipos industriales para calidad de potencia (PQ) las perturbaciones como automatismo y electrónicos se convierten más ubicuos en la industria. Desafortunadamente, las utilidades no pueden garantizar el 100% de disponibilidad en el suministro de potencia.

Típicamente, los equipos industriales son diseñados para funcionar con estándares de sensibilidad como el SEMI F47 u otros estándares de referencia, así mismo, en aras de mejorar el Power Quality, equipos complementarios deben ser usados.

Identificando el problema de Calidad de potencia afectando el normal funcionamiento de procesos industriales o domésticos, se debe prescribir previamente métodos de solución para el Power Quality. La figura de abajo muestra el problema de red más común, afectando el funcionamiento adecuado de equipos industriales.

Como se observó en la tabla anterior, se aprecian dos rangos de productos especialmente diseñados para solucionar Power Quality a nivel industrial llamado Dynamic Voltage Restorer range (DVR) para el Sag y problemas de regulación y los UPS industriales de alta eficiencia, para los Sags, regulación e interrupciones.

La tabla siguiente resume los equipos más frecuentemente recomendados para diferentes especificaciones de cargas.

Con el uso creciente de controles y equipos sofisticados en instalaciones industriales, comerciales, institucionales y gubernamentales, la continuidad, confiabilidad y calidad del servicio eléctrico se ha vuelto extremadamente crucial para muchos usuarios de electricidad. Los sistemas eléctricos están sujetos a una amplia variedad de problemas acerca de la calidad de la electricidad que pueden interrumpir procesos productivos, afectar equipos sensibles y causar tiempos de inactividad, residuos y pérdidas de capacidad. Las fluctuaciones momentáneas de voltaje pueden causar estragos en la producción... y las interrupciones del servicio tienen un impacto aún mayor. Las fluctuaciones de voltaje también pueden afectar la estabilidad y confiabilidad de la transmisión y distribución de servicios públicos. Las cargas dinámicas de rápida variación y las fuentes generadoras renovables intermitentes pueden afectar la red, requiriendo así sistemas que suministren el voltaje rápido y el apoyo reactivo necesarios para mantener la estabilidad de la red.

21.Transformadores.

Es una maquina eléctrica estática, destinada a funcionar con corriente alterna, constituida por dos enrrollamientos, primario y secundario, que permite transformar la energía eléctrica con unas magnitudes V-I determinadas, a otras con valores en general diferentes.

La importancia de los transformadores se debe a que gracias a ellos ha sido posible el enorme desarrollo en la utilización de la energía eléctrica, haciendo posible la realización practica y económica del transporte de la energía a grandes distancias. Téngase en cuenta que la transmisión de la energía eléctrica desde los lugares donde se produce (centrales) hasta los numerosos centros de consumo es tanto más económica cuanto más alto es la tensión de las líneas pues con ello se hace menor la corriente y en consecuencia se reduce la sección de los conductores.

22.Transformadores Ferroresonantes.

El Transformador Ferroresonantes es un sistema que mantiene Energía Almacenada en forma Oscilante, que pulsa como un péndulo, a la misma frecuencia y en fase con la tensión de línea. Cuando se produce un micro-corte en la entrada, el "péndulo empuja" liberando la energía almacenada, filtrando así, el evento.

Este Sistema Oscilante tiene una alinealidad muy deseable: si la tensión de entrada varía mucho, la de salida variará muy poco. Esto se consigue mediante un circuito resonante sintonizado a la frecuencia de línea que actúa sobre una sección o "shunt" del transformador. 

23.Sistemas de UPS.

Un UPS (Uninterruptible Power Supply), o en español denominado SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida), es un equipo electrónico capaz de realizar las maniobras pertinentes de conexión y desconexión entre suministros principales y alternativos de energía, de manera de garantizar la fluidez de la alimentación eléctrica de un equipo denominado “carga critica”, por un determinado intervalo de tiempo, evitando su daño o perdida de operatividad.

A continuación se indican las funciones principales de un sistema de potencia

ininterrumpible:

- Evaluar la calidad de la señal de la fuente principal y secundaria en el sistema.

- Impedir la degradación de la fuente secundaria (de ser posible).

- Realizar la función de conexión y desconexión entre las fuentes, en un mínimo

de tiempo y con el menor riesgo posible.

- Soportar, en ausencia de la fuente principal, el suministro de alimentación

eléctrica a la carga critica por el tiempo previsto.

- Restablecer la fuente principal, una vez superada la falla.

Un UPS se compone de 4 partes:

a) Un rectificador que rectifica la corriente alterna de entrada, proveyendo corriente continua para cargar a una batería. Desde ésta se alimenta a un inversor que la convierte nuevamente en alterna. Luego de haberse descargado la batería, ésta se recarga generalmente en un tiempo de 8 a 10 horas, por lo cual la capacidad del cargador debe ser proporcional al tamaño de la batería necesaria.

b) Una batería cuya capacidad (en Amperes Hora) depende del tiempo (autonomía) durante el cual debe entregar energía cuando se corta la entrada del equipo UPS.

c) Un Inversor que convierte la corriente continúa de la batería en corriente alterna, adecuada para alimentar a los equipos conectados a la salida del UPS. Su capacidad de potencia depende del consumo total de los equipos a alimentar.

d) Un conmutador (By-Pass) de 2 posiciones que permite conectar la salida con la entrada del UPS (By Pass) o con la salida del inversor.

A continuación se muestra la simbología empleada para los componentes de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida.

24.Motor-Generador.

Un motor–generador, es un dispositivo para la conversión de potencia eléctrica a otra forma de energía. Las configuraciones de un motor-generador son usadas para convertir frecuencia, voltaje o fase de potencia. También son utilizados para aislar cargas eléctricas de la línea de la fuente de suministro. Los motores-

generadores de mayor tamaño fueron ampliamente usados para convertir grandes cantidades de potencia mientras un motor-generador más pequeño (como el de la imagen) son usados para convertir potencia de las baterías a valores más altos en voltaje.

25.Filtro de armónicas.

La presencia de armónicos en las redes eléctricas puede producir grandes sobrecorrientes en los condensadores así como diversos problemas en muchos otros componentes de la instalación. Si se llega a un punto de resonancia el resultado puede ser peligroso para toda la instalación.

Los filtros de protección de armónicos se usan en redes que tienen una elevada tasa de distorsión armónica. El propósito de los filtros de protección de armónicos es evitar que las corrientes armónicas sobrecarguen los condensadores desviándolas hacia la red.

La necesidad de usar un filtro de protección se pone de manifiesto en el siguiente caso. En la instalación de la figura 2, se requería la instalación de una batería de 250 kvar 400 V para la compensación de la energía reactiva. Veamos cuales serán los efectos de la instalación de esta batería de condensadores. Los cálculos están realizados teniendo en cuenta un transformador de alimentación de 800 kVA y otro de distribución de 10 MVA propiedad de la compañía eléctrica, a fin de poder calcular la tasa de distorsión armónica en el Punto de Acoplamiento Común (PCC, ver la figura 2) La corriente fundamental de las fuentes de

armónicos (convertidores) es de 550 A. La distribución de corrientes armónicas, típica de los rectificadores de seis pulsos, es la siguiente: