Indice Complementos técnicos de Calidad de la Energía Internet/Catalogos de... · Variaciones de...

Schneider Electric2/0

2

Introducción ...................................................................................... 2/2

La gestión de la energía eléctrica

Introducción .......................................................................................... 2/3

Los costes de la energía eléctrica ........................................................ 2/3

Hacer inventario y establecer la línea a seguir ..................................... 2/4

Instalar las herramientas correctas ....................................................... 2/5

Mejoras ................................................................................................. 2/6

Repetir una y otra vez ........................................................................... 2/7

Fenómenos de no calidad

Generalidades ....................................................................................... 2/8

Variaciones de la frecuencia ................................................................. 2/8

Variaciones de la amplitud de onda ...................................................... 2/8

Variaciones de la forma de onda .......................................................... 2/12

Variaciones de simetría ......................................................................... 2/16

Resumen ............................................................................................... 2/17

Indicadores de calidad: Umbral crítico de cada perturbación

Huecos y cortes de tensión .................................................................. 2/20

Armónicos ............................................................................................. 2/20

Sobretensiones ..................................................................................... 2/21

Fluctuaciones de tensión: Flicker ......................................................... 2/21

Desequilibrios ....................................................................................... 2/21

Efectos de las perturbaciones sobre las cargas

Huecos y cortes de tensión .................................................................. 2/22

Sobretensiones ..................................................................................... 2/23

Variaciones y fluctuaciones de tensión ................................................. 2/23

Armónicos ............................................................................................. 2/24

Desequilibrios ....................................................................................... 2/24

Resumen ............................................................................................... 2/25

Soluciones para mejorar la calidad de la energía eléctrica

Diagnóstico ........................................................................................... 2/26

Soluciones ............................................................................................ 2/27

Indice Complementos técnicosde Calidad de la Energía

Schneider Electric 2/1

2

Casos ejemplo. Soluciones

Ejemplo 1: Asignación de costes .......................................................... 2/30

Ejemplo 2: Control y optimización energética ...................................... 2/35

Ejemplo 3: Justificación de un sistema de Supervisión Eléctrico,caso Interbank ...................................................................................... 2/40

Ejemplo 4: Compensación de energía reactiva. Optimización almáximo de una instalación ................................................................... 2/43

Ejemplo 5: Compensación de energía reactiva en presencia dearmónicos ............................................................................................. 2/44

Anexo I: Calidad de servicio (Real Decreto 1955/2000) ......... 2/45

Anexo II: Definiciones ..................................................................... 2/49

Indice Complementos técnicosde Calidad de la Energía(continuación)


2

Complementos técnicosde Calidad de la Energía

Introducción

Introducción

Una de las propiedades particulares de la electricidad es que varias de sus caracte-rísticas dependen a la vez del productor/distribuidor, de los fabricantes de equipos ydel cliente. El número importante de protagonistas y la utilización de terminologíay definiciones a veces aproximadas, explican la complejidad del tema tratado.

La calidad de la energía está convirtiéndose en un tema estratégico para las compa-ñías eléctricas, el personal de mantenimiento, explotación o gestión de entornos ter-ciarios o industriales y los constructores de equipos, esencialmente por las siguientesrazones:

c La necesidad económica por parte de las empresas de aumentar la competitividad.

c La generalización del uso de equipos sensibles a las perturbaciones.

c La liberalización del mercado eléctrico.

En efecto, actualmente, las redes de baja tensión se encuentran muy contaminadas ysometidas a múltiples agresiones que pueden conllevar un funcionamiento defectuo-so e incluso el deterioro de componentes eléctricos y receptores sensibles, como losaparatos electrónicos.

En un contexto de gran competitividad, es indispensable para la empresa reducir loscostes relativos a la pérdida de la continuidad de servicio y a la falta de calidad, asícomo los relativos al dimensionamiento excesivo de las instalaciones y a las facturasenergéticas. Por consiguiente, los profesionales de la electricidad necesitan cada vezmás optimizar el funcionamiento de sus instalaciones eléctricas.

Al mismo tiempo, la liberalización del mercado de la energía, modifica sensiblementelas reglas del juego. Con la apertura a la competencia de la producción de la electri-cidad, la producción descentralizada y la posibilidad para los grandes consumidoresde elegir a su proveedor, la calidad de la energía eléctrica es ahora un factor diferen-cial y su garantía se convierte en un criterio importante para la elección del proveedorde energía. Disponer de una calidad adaptada a las necesidades es, por tanto, uno delos objetivos del personal de explotación, mantenimiento y gestión de los emplaza-mientos terciarios e industriales. Para ello, los sistemas de medida facilitan el diag-nóstico de las instalaciones. Asociados a herramientas de software complementariasque llevan a cabo el control y la supervisión permanente de las instalaciones, garan-tizan el correcto funcionamiento de los procesos y una gestión adecuada de la ener-gía, dos factores que dependen de la calidad de la energía eléctrica y que resultanindispensables para incrementar la productividad.


2


La gestión de la energía eléctrica

Introducción

La gestión de la energía eléctrica se basa en la premisa de que no se puede gestionaraquello que no se puede examinar. Los costes eléctricos tradicionales, como la factu-ra de la compañía y la aparamenta eléctrica, son los más visibles y aparentementefáciles de gestionar. Los costes ocultos, como los cortes de suministro y la calidad dela energía son más difíciles de medir y por tanto de gestionar. El programa de gestiónde la energía (PGE) ayuda a examinar estos costes para luego trabajar en su evalua-ción y corrección. Mediante una toma de datos continua, se podrán ampliar los cono-cimientos y experimentar con la potencia como desee. A medida que se llevan a caboahorros en los costes eléctricos, el programa se hace más necesario y pasa a formarparte de la rutina diaria.

Los costes de la energía eléctrica

Un análisis inteligente de la información energética previene los problemas en el sis-tema eléctrico y disminuye costes.

Una primera aproximación puede dar a entender que cuando hablamos del coste dela energía eléctrica total, estamos hablando únicamente del coste de la energía.Pero en realidad, el concepto de dicho coste va mucho más allá.

Efectivamente, en dicho término, está incluido lo que entendemos por coste de laenergía: el usuario puede negociar un contrato con la compañía suministradora enfunción de una estimación de la demanda y definiendo un calendario energético condiferentes períodos y diferentes precios del kWh. Es decir, son los costes relaciona-dos con:

c Gestión de la Energía.

c Control de la Demanda.

c Negociación del Contrato.

c Alternar fuentes de energía (compañía, cogeneración...).

Otro coste que está relacionado con el coste de la energía eléctrica total y que hayque saber ponderar adecuadamente, es el coste de la distribución de potencia, yaque está directamente relacionado con la gestión de los equipos y la productividadde la instalación eléctrica. No es más que conocer y saber imputar adecuadamente elcoste que conlleva la explotación de la instalación eléctrica por el mero hecho deexistir: mantenimiento preventivo, mantenimiento productivo, futuras ampliaciones,etc. Es decir, hay que tener en cuenta:

c La baja calidad reduce la vida de los equipos.

c Oportunidades de mejorar la eficiencia.

c Justificar las inversiones en equipos.

c Mantenimiento productivo.

Programa de gestión de la energía eléctrica (PGE).

Análisis de Datos

Sistema Monitorización

Plan de Acción

OportunidadMejorar

conocimiento

Coste Energía

• Gestión Energía• Control Demanda• Negociación Contrato• Alternar Fuels

• Baja calidad reduce la vida equipos• Oportunidades de mejorar eficiencia• Justificar inversiones en equipos• Mantenimiento productivo

• Puntas de tensión• Interrupciones• Huecos• Protecciones adecuadas

¡La supervisión de los equipos es fundamental paraoptimizar todos los costes eléctricos!


El coste Total eléctrico incluye

más que sólo Energía...

Coste No disponibilidad

CosteDistribución Potencia

Los costes de la energía eléctrica.


2


La gestión de la energía eléctrica(continuación)

Otro coste que hay que tener en cuenta, y mucho, en el término del coste total es elde la no continuidad del suministro eléctrico, o lo que es lo mismo, la fiabilidad delsuministro eléctrico. Hay que saber cuantificar las pérdidas originadas en el caso deque una sobretensión haya provocado la avería de una máquina y, en consecuencia,la línea de producción X se haya visto afectada. Es decir, para conocer los costes dela no disponibilidad debemos considerar:

c Puntas de tensión.

c Interrupciones.

c Huecos.

c Protecciones adecuadas.

El análisis y el control de la energía reducen los costes globales:

1. Optimización de los costes energéticos.– Análisis de tarifas.– Proyectos de cogeneración.– Gestión del consumo.– Compensación de la energía reactiva.– Asignación de costes.– Optimización de la climatización.– Rendimiento energético de motores.– Electricidad o combustibles fósiles.

2. Disminución de los efectos de cortes, continuidad de servicio.– Calidad de energía.– Subtensiones momentáneas.– Distorsión de armónicos.– Huecos de tensión.– Cortes momentáneos.– Puesta a tierra.– Potencia crítica y de emergencia.– Sistema SAI.– Desequilibrio de tensiones.– Transitorios.

3. Maximizar las inversiones en la instalación.– Distorsión de armónicos.– Sobrecarga de la instalación.– Calentamiento de los transformadores.– Sobrecarga de los transformadores.– Capacidad de los conductores.– Flujo de cargas.– Coordinación de las protecciones.– Filtros de armónicos.– Corrección del factor de potencia.– Transformadores no lineales.

Hacer inventario y establecer la línea a seguir

El primer paso en el proceso de gestión de la energía es empezar a conocer loscostes ocultos en la instalación. En este primer paso se debe hacer lo siguiente:

c Inspeccionar y catalogar el equipo eléctrico según su antigüedad y sus condi-ciones. Intentar evaluar el equipo en una escala del 1 al 6, haciéndolo de forma senci-lla, pero intentando identificar la debilidad potencial de la instalación.

c Catalogar, poner al día y organizar los esquemas eléctricos. ¿Cuánto tiempo sedesperdicia intentando encontrar los esquemas, o averiguando qué circuitos se hanmodificado sin ninguna documentación?

c Poner al día las placas de los equipos y establecer rutinas de mantenimientopara los equipos críticos. Mantener los programas de mantenimiento a mano y dis-ponibles para consultas, y establecer un delicado sistema para llevar el mantenimien-to al día. Existen programas para hacer esto, aunque también puede hacerse median-te un programa propio.


2



c Realizar un estudio analítico, durante un mes, de los circuitos de la instalación.Estos pasos pueden parecer una pérdida de tiempo, pero es absolutamente necesa-rio para iniciar los conocimientos sobre la instalación y establecer una línea a seguir.Aunque no se tenga el personal adecuado ni la experiencia para llevarlo a cabo, eldinero gastado en contratar los servicios de una ingeniería cualificada, será dinerobien empleado. Veamos los siguientes pasos del proceso para comprender las for-mas de mejorar la instalación.

Instalar las herramientas correctas

Un programa efectivo de gestión es la instalación permanente de un sistema de aná-lisis y supervisión de energía, potente y de fácil uso. A menos que se sea muy afortu-nado, la próxima anomalía de la instalación tendrá lugar cuando no esté inspeccio-nando ni tomando datos, por lo que se habrá perdido una magnífica ocasión de mejorarla instalación. Además, si no se cuenta con una “red” para recoger la información enuna base de datos, no es probable que la próxima vez que se tenga un problema, sehalle con un bolígrafo y un papel en mano para anotar las lecturas.

La clave para mejorar, está en la habilidad para registrar los fenómenos electromag-néticos que puedan causar problemas en la instalación. Por tanto, se necesita unsistema permanente que capture automáticamente estos fenómenos. También se debeincluir un programa de fácil uso, para el análisis instantáneo, con un sistema de co-municaciones avanzado y una capacidad para trabajar en red, con el fin de compartirla información con varios departamentos. Es importante que sea preciso y que puedaregistrar armónicos y formas de onda.

A partir del primer paso detallado anteriormente, ya se debe tener una buena idea decuáles son los “puntos problemáticos” y las áreas donde puede ser conveniente unanálisis permanente. Se debe asegurar la toma de medidas en la acometida de servi-cio de la compañía, en los generadores de emergencia, en las líneas de suministro yen las cargas críticas. Aparte de éstos, no hay más límite a la cantidad de puntos demedida, que la habilidad para “digerir” toda la información. Esto es en lo que hay quefijarse a la hora de elegir un programa de análisis de la energía, capaz de comunicar-se, que proporcione información excepcional y tablas útiles de las que seleccionardatos para convertirlos en información útil.

Los requisitos mínimos exigibles, de un sistema de análisis y supervisión eléctrica, son:

c Precisión de medida: Buscar lecturas reales de valores eficaces y una precisiónmejor al 0,25% en las lecturas de energía. Recordar que un 2% de error en una factu-ra de 600.000 €, son 12.000 €. Asegurarse además de que el factor de potencia noafecta a la precisión del sistema, y buscar un medidor que no necesite ser calibrado.

c Información de la calidad de la energía: Se necesitará un sistema que puedamostrar formas de onda. Si las formas de onda de la tensión y la intensidad sontomadas simultáneamente, el sistema podrá comparar y analizar los armónicos.

c Comunicaciones: Asegurarse también de que la red de comunicaciones a la quese conectarán los medidores, es robusta y capaz de soportar las peores condicionesambientales. La velocidad y el número de dispositivos conectados no debe ser unalimitación. Además, hay que verificar que tanto el “software” como el “hardware”,soportan redes de alto nivel y múltiples usuarios.

c “Software”: El paquete informático debe ser fácil de configurar y debe poder serutilizado por diversos usuarios. Además debe funcionar con los sistemas operativosmás populares que, actualmente, son el Windows 95, 98, 2000, XP y NT; y debeincluir un año de garantía y soporte telefónico directo del vendedor.

c Registro de datos: Esta es una de las funciones más utilizadas en un sistema deanálisis y supervisión, por tanto habrá que examinar cuidadosamente como se lleva acabo. El sistema debe proporcionar una combinación entre memoria no volátil (en eldispositivo) y memoria del programa, para informes y dibujos automatizados. Tam-bién habrá que exigir un sistema que permita registrar formas de onda y datos de lainstalación, en el momento en que tiene lugar un suceso.

c Tendencias: La habilidad de mostrar dibujos y datos en tiempo real es extremada-mente útil a la hora de resolver problemas o planificar reformas.

c Flexibilidad: El sistema necesitará crecer y cambiar, a medida que lo haga la instala-ción. Rechazar programas que requieran una habilidad especial para ser programados.

Productosde medidaMT y BT

Interruptorautomático

BT

Mando yprotección

MT

Otrosproductos

compatibles

Com

unic

ació

nS

oftw

are

Ap

arat

os

Mantenimiento

Ingeniería

Contabilidad

A

V

Cos �

kW

kVA

kWh

Valoresmedios

Valoresde cresta

Armónicos

Principio del sistema Powerlogic


2



Jerarquía de beneficios en el proceso de gestión de energía.

Ejemplos de informes disponibles de los costes energéticos.

c Alarmas y claves de acceso: Existen varias opciones al respecto, pero es necesa-ria, como mínimo, una clave de protección, si se trabaja en red, una notificación auto-mática de alarma, un registro separado de alarmas y la posibilidad de notificación dealarma mediante fax, e-mail, etc.

Mejoras

Con el sistema de supervisión y análisis instalado, se estará preparado para iniciar elproceso de mejora. Se deberán enfocar los esfuerzos hacia tres objetivos principales:ahorro de energía, mejoras en la productividad y mejoras en la fiabilidad de la instalación.

Ahorro de energíaLos ahorros de energía generalmente se centran en el control de la demanda. Con elnuevo sistema de análisis permanente, se pueden atacar los costes de energía desdeun nuevo flanco. Por ejemplo:

c Permitirá asignar los costes energéticos a cada departamento, en base a su consu-mo de energía real y a su potencia demandada. De esta forma, por medio del “soft-ware”, se podrá crear un informe en una hoja de Excel o Lotus, donde se muestren loskW y kWh consumidos. Si se repite este informe cada mes, se podrá saber comoevoluciona el consumo de cada departamento.

c Permitirá evaluar y controlar los recargos por maxímetro. Además se identificarána los principales culpables de estos recargos, a tiempo. Estos datos ayudarán enlas inversiones en recortes de pico automáticos y en esquemas de descarga deconsumos.

c Permitirá contrastar las facturas de la compañía con los datos obtenidos, ya que, enocasiones, aparecen errores.

c Finalmente, se podrá situar en una buena posición a la hora de negociar las tarifascon la compañía.

Mejoras en la productividadLas mejoras en la productividad se centran en mejorar la eficiencia de los equipos ydel mantenimiento, y en mejorar la calidad de la energía. A partir de la información delestudio realizado en el primer paso y, con el sistema de análisis y supervisión, sepodrá:

c Mejorar la eficiencia de los equipos. ¿Sabe si la instalación está sobrecargada, obien sobredimensionada? Equilibre las cargas para reducir las pérdidas.

c Mejorar la eficiencia del mantenimiento. Se escogen los equipos con peor puntua-ción en el estudio realizado, para realizar mantenimientos exhaustivos. Utilizando elsistema de análisis para registrar el rendimiento de estos equipos se justifica su sus-titución.

c Mejorar la calidad de la energía. ¿Es necesario un SAI (Sistema de AlimentaciónIninterrumpida)? ¿Los problemas de calidad de potencia, son generados por la com-pañía o por la instalación? Con las capturas de onda de los sucesos problemáticos ylas condiciones estables, se estará en posición de tomar decisiones inteligentes so-bre el presupuesto dedicado a la calidad de la energía.

Mejoras en la fiabilidadLas mejoras en la fiabilidad, como cada parte del proceso de gestión de la energía,son continuas. Estas mejoras requieren una atención detallada, una puesta al díaregular y un ajuste fino, para tener un impacto real. Existen algunas formas de mejorarla fiabilidad de la instalación:

c Revisar los sucesos que se repiten. ¿Sufre disparos sistemáticos de algún disyuntorde la instalación? ¿Fallan inexplicablemente los variadores? Examinar los datos delsistema de supervisión y buscar sucesos que puedan ser la causa del problema.

c Evaluar la fiabilidad de los equipos. Buscar las instalaciones débiles en la instala-ción de servicio. Asegurarse de que, en cada fallo de la instalación, se realiza unanálisis minucioso de las causas, utilizando por completo los datos proporcionadospor el sistema de supervisión. Evaluar los costes de mejorar la fiabilidad o prevenir losfallos, frente a los costes de las pérdidas por suministro.

c Analizar las mejoras en la fiabilidad de la instalación. Utilizar los datos del sistema deanálisis para evaluar la sensibilidad de los equipos frente al coste de las mejoras.Asegurarse de que el remedio no es peor que la enfermedad.


2



c Alargar la vida útil de los equipos. Una tasa de distorsión de armónicos elevadadañará los equipos y provocará su fallo en el momento menos esperado. Revisar ladistorsión de armónicos de las cargas, introducida por los equipos de generación,para asegurarse de que existe una tolerancia razonable. Si no es así, instalar filtros dearmónicos u otros sistemas, para eliminarlos de las fuentes de generación.

Repetir una y otra vez

Con el proceso de supervisión de energía plenamente en marcha, se está en unaposición excelente para utilizar la información que ha sido almacenada, para planifi-car y diseñar correctamente las ampliaciones de la infraestructura:

c Los datos históricos ayudan a estimar nuevas cargas para la empresa sin ser unesclavo de la potencia de servicio.

c Los perfiles de las cargas pueden ayudar a ampliar la instalación. Las tendenciashistóricas permitirán predecir si se necesita hacer añadidos.

c Aplazar la compra de equipos. Los perfiles de las intensidades de los consumosayudarán a aplazar las ampliaciones.

c Identificar nuevas áreas de análisis. A medida que se amplíe la instalación, seránecesario asegurarse de que el proceso de gestión de la energía sigue bajo control.


2

Generalidades

Las perturbaciones electromagnéticas susceptibles de perturbar el buen funciona-miento de los equipos y los procedimientos industriales son en general ordenados envarias clases pertenecientes a las perturbaciones conducidas y radiadas:

c Baja frecuencia (< 9 kHz).

c Alta frecuencia ( > 9 kHz).

c Descargas electrostáticas.

La medida de CEE consiste habitualmente en caracterizar las perturbaciones electro-magnéticas conducidas a baja frecuencia:

c Huecos y cortes de tensión.

c Armónicos e interarmónicos.

c Sobretensiones temporales.

c Picos de tensión.

c Sobretensiones transitorias.

c Fluctuaciones de tensión.

c Desequilibrios de tensión.

c Variaciones de la frecuencia de alimentación.

c Tensión continua en las redes alternas.

c Tensión de señalización.

En general, no es necesario medir la totalidad de estas perturbaciones.Pueden estar agrupadas en cuatro categorías según que afecten a la amplitud, a laforma de onda, a la frecuencia o a la simetría de la tensión. Varias de estas caracterís-ticas se modifican simultáneamente por una misma perturbación.

Variaciones de la frecuencia

Según la norma UNE-EN 50160, la frecuencia nominal de la tensión suministradadebe ser de 50 Hz. En condiciones normales de explotación, el valor medio de lafrecuencia fundamental medida por períodos de 10 segundos debe situarse en losintervalos siguientes:

c Para redes acopladas por conexiones síncronas a un sistema interconectado:v 50 Hz ± 1 % (de 49,5 Hz a 50,5 Hz) durante el 99,5 % de un año.v 50 Hz + 4% / – 6% (de 47 Hz a 52 Hz) durante el 100 % del tiempo.

c Para redes sin conexión síncrona a un sistema interconectado (redes de alimenta-ción que existen en ciertas islas):v 50 Hz ± 2 % (de 49 Hz a 51 Hz) durante el 95 % de una semana.v 50 Hz ± 15 % (de 42,5 Hz a 57,5 Hz) durante el 100 % del tiempo.

Variaciones de la amplitud de onda

Huecos y cortes de tensión

DefinicionesUna variación de tensión que dé como resultado una tensión inferior al 90% de Un esconsiderada como un hueco de tensión (UNE-EN 50160).

El método habitualmente utilizado para detectar y caracterizar un hueco de tensiónes el cálculo del valor eficaz “rms (1/2)” de la señal sobre el periodo fundamental,todos los semiperiodos.

Los parámetros característicos de un hueco de tensión son:

c Su profundidad: ∆U (o su amplitud U).

c Su duración ∆T, definido como el intervalo de tiempo durante el que la tensión esinferior al 90%.


Fenómenos de no calidad

Huecos de tensión: 90 % Un < U < 1 % Un. 10 ms < t < 1 min.


2


Fenómenos de no calidad(continuación)

Los cortes son un caso particular de los huecos de tensión de profundidad superior al90 % (IEEE) o 99 % (CEI-CENELEC). Están caracterizados por un solo parámetro: laduración.

Los cortes breves tienen una duración inferior a 3 minutos (CENELEC), o de un minuto(CEI-IEEE), son notablemente ocasionados por los reenganches automáticos lentosdestinados a evitar los cortes largos (regulados entre 1 y 3 minutos).

Los cortes breves y los cortes largos son diferentes tanto desde el punto de vista delorigen como de las soluciones a tener en cuenta para intentar reducir su número.

Las perturbaciones de tensión de duración inferior al semiperiodo fundamental T dela red (∆T < T/2) son consideradas como transitorias.

En función del contexto, las tensiones medidas pueden ser entre conductores activos(entre fases o entre fase y neutro), entre conductores activos y tierra (fase/tierra oneutro/tierra) o también entre conductores activos y el conductor de protección.

En el caso de un sistema trifásico, las características ∆U y ∆T son en general diferen-tes en las tres fases. Por esta razón, un hueco de tensión debe ser detectado y carac-terizado para cada una de las fases por separado.

Valores indicativos (según la norma UNE-EN 50160)

HuecosEn condiciones normales de explotación, el número esperado de huecos de tensiónen un año puede ir de algunas decenas a un millar. La mayor parte de los huecos detensión tienen una duración de menos de un segundo y una profundidad inferior al60 %. Sin embargo, a veces pueden producirse huecos de tensión de una profundi-dad y duración superior. En ciertos lugares, es frecuente que se produzcan huecos detensión de profundidad comprendida entre el 10% y el 15% de Un, que están provo-cados por conmutaciones de carga en las instalaciones de los clientes.

CortesEn condiciones normales de explotación, el número anual de interrupciones bre-ves de la tensión suministrada puede variar de algunas decenas a varias centenas.La duración de aproximadamente el 70% de las interrupciones breves es inferiora 1 segundo.

En las condiciones normales de explotación, la frecuencia anual de las interrupcionesde tensiones que sobrepasan los 3 minutos puede ser inferior a 10 o alcanzar hasta50, según las regiones.

Orígenes

Cortocircuitos y defectos de aislamiento: dichos defectos provocan huecos de ten-sión para todos los usuarios. Su duración suele depender de las temporizaciones defuncionamiento de los elementos de protección. La detección de estos defectos porparte de los dispositivos de protección (interruptores automáticos, fusibles) generanlargos cortes para los usuarios alimentados por la sección de la red en la que se haproducido el fallo.

La conmutación de cargas importantes en relación con la potencia de cortocircuito: lapuesta en tensión de una carga importante provoca una punta de corriente que, de-tectada en un dispositivo de protección, puede parecerse a un cortocircuito.

Algunas redes son más sensibles a los huecos de tensión: el número de huecos detensión y de cortes es más elevado en las redes aéreas sometidas a la intemperie queen las redes subterráneas. Aunque si la línea subterránea procede del mismo juegode barras que las redes aéreas o mixtas sufrirá también huecos de tensión debidos alos fallos que afectan a las líneas aéreas.

Sobretensiones

DefinicionesToda tensión aplicada a un equipo cuyo valor de cresta supera los límites de un valordefinido por una norma o una especificación es una sobretensión eléctrica (más in-formación en los Cuadernos Técnicos de Schneider Electric N.º 141: “Las perturba-ciones eléctricas en BT”, N.º 151: “Sobretensiones y coordinación de aislamiento”y N.º 179: “Sobretensiones y pararrayos en BT. Coordinación del aislamiento en BT”).

Corte transitorio: t < 10 ms.

Corte muy breve: 10 ms < t < 1 s.

Corte breve: 1 s < t < 1 min.


2



Sobretensión de maniobra.

Sobretensión de origen atmosférico.

Las sobretensiones son de 3 naturalezas:

c Temporales a frecuencia industrial: por definición son las que se producen a lamisma frecuencia que la red.

c De maniobra: están provocadas por modificaciones rápidas de la estructura de lared. Se distinguen:v Las sobretensiones de conmutación en carga normal.v Las sobretensiones provocadas por el establecimiento y la interrupción de peque-ñas corrientes inductivas.v Las sobretensiones provocadas por la maniobra de circuitos capacitivos.

c De origen atmosférico (rayo).

Y pueden aparecer:

c En modo diferencial (entre conductores activos: fase-fase o fase-neutro).

c En modo común (entre conductores activos y masa o tierra).

Valores indicativos (según la norma UNE-EN 50160)

Sobretensiones temporales en la red entre fases y tierraEn ciertas condiciones, un defecto que se produce aguas arriba de un transformadorpuede temporalmente producir sobretensiones del lado de baja tensión mientras durela corriente de falta. Tales sobretensiones no sobrepasan generalmente el valor eficazde 1,5 kV.

Sobretensiones transitorias entre fases y tierraLas sobretensiones transitorias no sobrepasan generalmente 6 kV (valor de cresta),pero a veces pueden sobrevenir valores más elevados. El tiempo de subida puedevariar de menos de un microsegundo a varios milisegundos.

Orígenes

Sobretensiones a frecuencia industrialExisten varias causas para las sobretensiones a la frecuencia industrial:

c Un fallo de aislamiento.

c La rotura del conductor de neutro.

c Los defectos de la regulación de un alternador o de la regulación en carga deltransformador.

c La sobrecompensación de energía reactiva.

Sobretensiones de maniobraLas causas que originan este tipo de sobretensiones son:

c Apertura de aparatos de protección.

c Desconexión de un transformador de MT/BT.

c Conexión de condensadores.

Las sobretensiones atmosféricasEl rayo es un fenómeno natural que aparece cuando hay tormentas. Se distinguen losgolpes de rayo directos (sobre una línea o sobre una estructura) y los efectos indirectosde un golpe de rayo (sobretensiones inducidas y subida en el potencial de tierra).(Paramás información ver los Cuadernos Técnicos de Schneider Electric N.º 151 y 179, men-cionados anteriormente).

Variaciones y fluctuaciones de tensión (Flicker)

DefinicionesSe dice que hay fluctuaciones de tensión cuando se producen variaciones periódicaso series de cambios aleatorios en la tensión de la red eléctrica. A su vez, las variacionesde tensión se definen como las variaciones del valor eficaz o valor de pico de tensiónentre dos niveles consecutivos que se mantienen durante un tiempo finito no especi-ficado.

Parámetros Pst y Plt

La evaluación final de la severidad del flicker según la CEI 60868 se expresa por dosparámetros: el Pst (corta duración) y el Plt (larga duración).

Pst y Plt son las “unidades de medida” del flicker, magnitudes sin dimensiones físicasque aquí se denominan “parámetros”.

Sobretensión a frecuencia industrial.

Una fluctuación se caracteriza por el número de variaciones por hora, porminuto o por segundo.


2



representa la curva CEI

Curva límite de la molestia de flicker. Indica la amplitud de las fluctuacionesde tensión, en función de su frecuencia de repetición, para una severidaddel flicker Pst = 1.

Este método de cuantificación del flicker tiene la ventaja de ser “universal”: indepen-diente del tipo de fluctuación (periódica, súbita, senoidal, con otras formas, etc.) y,por tanto, independiente del tipo de perturbación.

Estos parámetros se calculan y se guardan a lo largo de todas las mediciones.

El Pst se define por la ecuación:

Pst = [ K0,1.P0,1 + K1.P1 + K3.P3 + K10.P10 + K50.P50 ]1/2

Con:

c Pn = niveles en la curva FPC que tienen una probabilidad n% de que sean supera-dos.

c Kn = coeficientes de ponderación dados por la norma y que permiten que la curvalímite de la CEI se corresponda con un Pst = constante = 1. Así el Pst representa lacurva CEI.

La severidad de corta duración de un flicker, definida por la norma CEI 868-0, quedapues expresada por la ecuación:

Pst = [0,0314.P0,1 + 0,0525.P1 + 0,0657.P3 + 0,28.P10 + 0,08.P50]1/2

Con:

c P0,1 = nivel superado solamente durante el 0,1 % del periodo de observación.

c P1 = nivel superado solamente durante el 1 % del periodo de observación...

La severidad de un flicker de larga duración Plt se deduce de los Pst por la fórmula:

3 1

3

N

Psti

Plt

N

i==Σ

Donde Psti (i = 1,2,3...) son los valores consecutivos obtenidos de Pst.

El Plt se ha de calcular a partir de los valores Pst en una duración adecuada según elciclo de funcionamiento de la carga, o en un periodo durante el cual un observadorpueda ser sensible al flicker, por ejemplo algunas horas (normalmente 2 horas).

El orden de magnitud del límite tolerable es Plt = 0,74.

Cuando hay distintos elementos polucionantes conectados a una misma red, elparámetro Pst global encontrado en un punto dado se calcula según la regla de sumasiguiente:

m

i

mPst iPst = )(Σ

Habitualmente m = 3, pero pueden utilizarse otros valores.

Valores indicativos (según la Norma UNE-EN 50160)

Variaciones de la tensión suministradaEn condiciones normales de explotación:

c Para cada periodo de una semana, el 95% de los valores eficaces de la tensiónsuministrada promediados en 10 minutos deben situarse en un intervalo Un ± 10%.

c Para todos los periodos de 10 minutos, los valores promediados del valor eficaz dela tensión deben situarse en el intervalo Un + 10% / – 15%.

Amplitud de las variaciones rápidas de tensiónEn condiciones normales de explotación, una variación rápida de la tensión no sobre-pasa generalmente el 5% de Un pero, en ciertas circunstancias, pueden producirsevariaciones que alcanzan hasta el 10% de Un durante cortos instantes, varias vecesen el mismo día. (Una variación de la tensión que dé como resultado una tensióninferior al 90% de Un es considerada como un hueco de tensión.)


2



Severidad de parpadeoEn condiciones normales de explotación, por cada periodo de una semana, el nivelde severidad de larga duración del parpadeo debido a las fluctuaciones de la tensióndebería ser Plt menor o igual a 1 durante el 95% del tiempo.

OrígenesLas variaciones y fluctuaciones de tensión se deben, principalmente, a cargas indus-triales que varían rápidamente, como por ejemplo:

c Máquinas de soldar.

c Hornos de arco.

c Laminadoras.

Variaciones de la forma de onda

Armónicos e interarmónicos

DefinicionesLos armónicos son perturbaciones de los sistemas eléctricos que perturban la señalen distintos grados. La señal deformada es el resultado de la superposición de losdiferentes rangos de armónicos.

Toda función periódica (de frecuencia f) puede descomponerse en una suma desinusoidales de frecuencia h × f (h: entero). “h” es el llamado rango del armónico (h > 1).La componente de rango 1 es la componente fundamental.

( )∞

=

++=1

0 2sin2)(h

nn hfYYty ϕπΣ

El valor eficaz es:

222

21

20 ... heff YYYYY ++++=

Los índices que revelan la presencia de armónicos en nuestra instalación son la tasade distorsión armónica global en tensión o THD(U), la tasa de distorsión armónicaglobal en corriente o THD(I) y el análisis detallado del espectro de frecuencias, TFT.

c La tasa de distorsión armónica global en tensión [THD(U)] caracteriza la defor-mación de la onda de tensión, e indica la relación existente entre la suma de lastensiones de los armónicos y la tensión de la fundamental, expresándose en %.

Un armónico de rango h es la componente sinusoidal de una señal cuyafrecuencia equivale a h veces la frecuencia fundamental (50 Hz).


2



c La tasa de distorsión armónica global en corriente [THD(I)] caracteriza la defor-mación de la onda de corriente, e indica la relación existente entre la suma de lascorrientes de los armónicos y la corriente de la fundamental, expresándose en %.Este indicador se utiliza normalmente para localizar los receptores que generan co-rrientes armónicas.

c El espectro de frecuencias (TFT) es un histograma o diagrama de barras queproporciona la magnitud de cada armónico en función de su rango. Este modo derepresentación se denomina también análisis espectral. Su estudio determinado per-mite determinar cuáles son los armónicos presentes y su importancia respectiva.

Los armónicos varían normalmente según el modo de funcionamiento del aparato, lahora del día y la estación del año.

La mayoría de las fuentes generan armónicos de rango impar.


2



Armónicos impares Armónicos pares

No múltiplos de 3 Múltiplos de 3

Orden hTensión

Orden hTensión

Orden hTensión

relativa relativa 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%

NOTA: Los valores que corresponden a los armónicos de orden superior a 25, que son general-mente débiles y muy imprevisibles debido a los efectos de resonancia, no están indicados en estatabla.

OrígenesLos dispositivos generadores de armónicos están presentes en todos los sectoresindustriales, terciarios y domésticos. Los armónicos son el resultado de las cargas nolineales (ordenadores, lámparas de descarga de vacío, variadores de velocidad...)conectadas a la red. La circulación de las corrientes de armónicos crea tensionesarmónicas a través de las impedancias de la red y, por lo tanto, una deformación de latensión de alimentación.

La impedancia de la fuente a las diferentes frecuencias armónicas tiene entonces unrol fundamental en la severidad de la distorsión en tensión. Señalar que si la impedan-cia de la fuente es débil (Pcc elevada) la distorsión en tensión es débil.

Principales fuentes de armónicosSon cargas que es posible distinguir según sus dominios, industriales o domésticos.

c Cargas industriales.v Equipamientos de electrónica de potencia: variadores de velocidad, rectificadores,onduladores...v Cargas que utilizan arco eléctrico: hornos de arco, máquinas de soldar, iluminación(lámparas fluorescentes...). Los arranques de motores con arrancadores electrónicosy los enganches de transformadores de potencia son también generadores de armó-nicos (temporales).

c Cargas domésticas: televisores, hornos microondas, placas de inducción, ordena-dores, impresoras, lámparas fluorescentes...

Los interarmónicos son componentes sinusoidales que no tienen frecuencias múltiploentero de la frecuencia fundamental (por tanto, situados entre los armónicos). Estosson debidos a las variaciones periódicas o aleatorias de la potencia absorbida pordiferentes receptores como hornos de arco, máquinas de soldar y convertidores defrecuencia (variadores de velocidad, cicloconvertidores).

El espectro puede ser discreto o continuo y variable de forma aleatoria (horno dearco) o intermitente (máquinas de soldar).

Para estudiar los efectos a corto, medio y largo plazo, las medidas de los diferentesparámetros deben hacerse a intervalos de tiempo compatibles con la constante tér-mica de los equipos.

Valores indicativos (según la Norma UNE-EN 50160)

Tensiones armónicasEn condiciones normales de explotación, durante cada periodo de una semana, el95% de los valores eficaces de cada tensión armónica promediados en 10 minutosno debe sobrepasar los valores indicados en la tabla que se muestra a continuación.Tensiones más elevadas para un armónico dado pueden ser debidas a resonancias.

Además, la tasa de distorsión armónica total de la tensión suministrada (THD) (com-prendidos todos los armónicos hasta el orden 40) no debe sobrepasar el 8%.


2



A continuación, podemos ver una clasificación de los equipos generadores de armó-nicos, así como el espectro de frecuencias de los armónicos generadores:v Equipos industriales: hornos de arco y de inducción, máquinas de soldar, rectifica-dores...

v Variadores de velocidad para los motores asíncronos o los motores de corrientecontinua.

v Aparatos de ofimática, tales como ordenadores, fotocopiadoras y faxes.

v Aparatos domésticos: microondas, alumbrados de neón y televisiones.


2



Variaciones de simetría

Desequilibrios de tensión

DefinicionesUn sistema trifásico está desequilibrado siempre que las tres tensiones no sean igua-les en amplitud y/o no estén desfasadas las unas en relación a las otras 120º.

El grado de desequilibrio está definido por el método de las componentes de Fortescueen relación a la componente inversa (U1i) (u homopolar (U10)) de la fundamental con lacomponente directa de la misma (U1d)

d

i

iU

UU

1

1=∆ y

dU

UU

1

100 =∆

También se puede utilizar la siguiente fórmula:

med

mediii V

VVU

−=∆ máx

siendo:

Vi = tensión de la fase i

3321 VVV

Vmed

++=

La tensión inversa (u homopolar) está provocada por las caídas de tensión a lo largode las impedancias de la red debidas a las corrientes inversas (u homopolares) produ-cidas por las cargas desequilibradas que producen corrientes desiguales sobre lastres fases (cargas BT conectadas entre fase y neutro, cargas monofásicas o bifásicasMT como máquinas de soldar y hornos de inducción).

Los defectos monofásicos o bifásicos provocan desequilibrios hasta en el funciona-miento de las protecciones.

Sistema trifásico desequilibrado.

v Motores de gran potencia con arrancadores, generadores de armónicos durante elarranque, principalmente.

v Transformadores de potencia, que generan armónicos durante su disparo.


2



Valores indicativos (según la norma UNE-EN 50160)En condiciones normales de explotación, para cada periodo de una semana, el 95%de los valores eficaces promediados en 10 minutos de la componente inversa de latensión de alimentación debe situarse entre el 0% y el 2% de la componente directa.En ciertas regiones equipadas con líneas parcialmente monofásicas o bifásicas, losdesequilibrios pueden alcanzar el 3% en los puntos de suministro trifásicos.

OrígenesEl origen de los desequilibrios en la red eléctrica se debe principalmente a:

c Una mala distribución de las cargas monofásicas.

c Los defectos de aislamiento.

c La presencia de máquinas de soldar.

Resumen

Perturbaciones sobre las cargas

Perturbaciones Huecos de tensión Sobretensiones Armónicos Desequilibrios Fluctuacionesde tensión

Formas de ondacaracterísticas

Origen de la perturbaciónRed:Defecto de aislamientoManiobrasEquipamiento:Motor asíncronoMotor síncronoMáquina de soldarHorno de arcoConvertidorCargas informáticasAlumbradoOnduladorBatería de ordenadores

: Fenómeno ocasional

: Fenómeno frecuente


2



Riesgos asociados a los diferentes segmentos del mercadoA continuación se muestran varias tablas en las que se hace un resumen de qué riesgosy qué importancia tienen los mismos en los diferentes segmentos del mercado:

Industria

Sector Riesgos Importancia

AgroalimentarioHuecos y cortes de tensión Baja

Desequilibrios MediaHuecos y cortes de tensión Media

Textil Armónicos AltaDesequilibrios Baja

Madera Sobretensiones Media

Papel cartónArmónicos Alta

Sobretensiones BajaHuecos y cortes de tensión Media

Armónicos AltaQuímica Sobretensiones Alta

Fluctuaciones de tensión BajaDesequilibrios Media

Huecos y cortes de tensión Media

Neumáticos-plásticosArmónicos Alta

Sobretensiones MediaFluctuaciones de tensión Baja

Vidrio cerámica Armónicos Alta

SiderurgiaArmónicos Alta

Fluctuaciones de tensión Media

Huecos y cortes de tensión BajaMetalurgia Armónicos Media

Fluctuaciones de tensión Muy alta

Fabricación eléctrica yHuecos y cortes de tensión Muy alta

electrónicaArmónicos Media

Sobretensiones Muy alta

AutomóvilArmónicos Media

Fluctuaciones de tensión Muy alta

Material de transporteArmónicos Media

Fluctuaciones de tensión Muy altaOtras fabricaciones

Huecos y cortes de tensión Mediamanufactureras

Industria de extracciónArmónicos Media

Sobretensiones Baja

Sector del automóvil.

Fábrica de botellas.

Edificio terciario.


2


Construcción edificiosFluctuaciones de tensión Baja

elevaciónEdificios terciarios e

Sobretensiones Mediaindustriales privados

Huecos y cortes de tensión AltaSalud Armónicos Media

Sobretensiones Alta

Cultura y deporteHuecos y cortes de tensión Media

Armónicos Media

Edificios terciario e industrial




Electricidad gas calor:Armónicos Media

producción-distribuciónAgua: Producción Armónicos Media

y distribución

Agua: TratamientoArmónicos Alta

Sobretensiones BajaHuecos y cortes de tensión Media

Transporte Armónicos Altae infraestructura Sobretensiones Media

Fluctuaciones de tensión Baja

Energía e infraestructuras

Planta de tratamiento de agua.


2


Indicadores de calidad: Umbralcrítico de cada perturbación


Los indicadores característicos de un hueco de tensión son su profundidad y su duración.

El indicador de profundidad del hueco se debe comprobar con prioridad, ya que lagran mayoría de los funcionamientos defectuosos de los receptores se deben a unhueco de tensión o a un corte.

En la tabla que se muestra a continuación se pueden ver los umbrales críticos paralos diferentes dispositivos.

Equipo Motores Accionadores Informática Variadores Alumbradosde velocidad

Umbral crítico > 25% Un > 25% Un> 10% Un

> 15% Un > 25% Un> 10 s

Armónicos

Los indicadores característicos de los armónicos son los índices de distorsión detensión (THDu) y de corriente (THDi), así como el espectro de frecuencias.

La importancia de los armónicos de tensión queda definida de la siguiente manera:

c Si THDu > 8%: Contaminación importante por lo que es probable que el funciona-miento sea defectuoso: se hace necesario el análisis y el uso de un dispositivo deatenuación.

c Si 5% < THDu < 8%: Contaminación significativa, por lo que podrá existir algúnfuncionamiento defectuoso.

c Si THDu < 5%: Se considera una situación normal.

La importancia de los armónicos de corriente, queda definida de la siguiente manera:

c Si THDi > 50%: Contaminación importante por lo que es probable que el funciona-miento sea defectuoso: se hace necesario el análisis y el uso de un dispositivo deatenuación.

c Si 10% < THDi < 50%: Contaminación significativa, por lo que podrá existir algúnfuncionamiento defectuoso.

c Si THDi < 10%: Situación normal.

La importancia de los espectros de frecuencia será:

c Los armónicos de rango 3 superiores al 50% recorrerán el cable de neutro y crearánfuertes calentamientos.

c Los armónicos de rango 5, 7 y más, superiores al 40%, perturbarán las baterías decondensadores y los receptores sensibles.


2


Indicadores de calidad: Umbralcrítico de cada perturbación(continuación)

Fluctuaciones de tensión: Flicker

El indicador característico de las fluctuaciones de tensión es la magnitud asociada alnúmero de variaciones.

Los umbrales de este indicador son:

Desequilibrios

El indicador característico del desequilibrio es el índice de desequilibrio de tensión.

Un índice de desequilibrio que supere el 5% durante más de una hora es perjudicial,mientras que, un índice de desequilibrio inferior al 1% no presenta problema.

Tipo de sobretensión Umbral crítico Umbral aceptable

Sobretensiones de > 1,7 Un / 0,1 s < 1,2 Un / 10 sfrecuencia industrial

Sobretensiones de maniobra > 4 Un / 0,5 ms < 2 Un / 1 ms

Sobretensiones atmosféricas > 10 Un / 100 microseg < 4 Un / 50 microseg

Sobretensiones

El indicador característico de las sobretensiones es su valor de cresta asociado a suduración.

Por cada tipo de sobretensión, los umbrales serán:

Si se superan los valores permitidos, se producirán descargas dieléctricas o deteriorospor desgaste prematuro.

Umbral crítico Umbral aceptable

Caso 1 1% Un / 30 variaciones por minuto 1% Un / 15 variaciones por minutoCaso 2 2% Un / 3 variaciones por minuto 2% Un / 1 variación por minuto


2

De manera general, cualquiera que sea la perturbación, los efectos que tienen lasperturbaciones sobre las diferentes cargas, pueden clasificarse de dos formas dife-rentes:

Efectos instantáneos: Maniobras intempestivas de contactores o de aparatos deprotección, mal funcionamiento o parada de una máquina. El impacto económicoocasionado por la perturbación es, en este caso, fácilmente cuantificable.

Efectos no instantáneos: Pérdidas energéticas, envejecimiento acelerado del mate-rial debido a calentamientos y esfuerzos electrodinámicos suplementarios originadospor las perturbaciones. El impacto económico (por ejemplo en la productividad) esmás difícil de cuantificar.


Los huecos y cortes de tensión perturban numerosos equipos conectados a la red.Son la causa más frecuente de problemas de calidad de energía. Un hueco de tensióno un corte de algunos milisegundos pueden traducirse en consecuencias nefastasdurante varias horas.

Las aplicaciones más sensibles a estos tipos de perturbaciones son:

c Las cadenas de fabricación continua donde no se tolera ninguna parada temporalde un elemento de la cadena (siderurgia, petroquímica...).

c Alumbrado y sistemas de seguridad (hospitales, señalización de aeropuertos, loca-les públicos, edificios de gran altura...).

c Equipos informáticos (centros de tratamiento de datos, bancos, telecomunicacio-nes...).

A continuación, se explican las principales consecuencias de los huecos y cortes detensión en los principales equipos utilizados en los sectores industriales, terciarios ydomésticos:

c Motores: durante un hueco de tensión el par de un motor se reduce repentinamen-te, provocando una ralentización de la marcha. Si el nuevo par es inferior al par resis-tente el motor acabará deteniéndose. Cuando la instalación cuenta con numerososmotores, las aceleraciones simultáneas durante el rearranque pueden provocar unacaída de tensión y prolongar el proceso o incluso hacerlo imposible.

c Accionamientos: estos elementos de control, como contactores e interruptores au-tomáticos equipados con bobinas de mínima tensión, alimentados directamente através de la red son sensibles a los huecos de tensión cuya profundidad supere el25%. Para valores mayores, el hueco se convierte en hueco de tensión.

c Equipos informáticos: estos equipos ocupan actualmente un lugar importante en lasupervisión y el control de las instalaciones, la gestión, la producción, etc., y sonsensibles a los huecos de tensión de profundidad superior al 10%. El funcionamientofuera de estos límites conlleva pérdidas de datos, controles erróneos, interrupcionespara reparación de aparatos, etc.

c Variadores de velocidad: en general estos equipos fallan con caídas de tensiónsuperiores al 15%. Las consecuencias son:v Imposibilidad de proporcionar la tensión suficiente a los motores (ralentización).v Sobreintensidad en el retorno de la intensidad.v Sobreintensidad y desequilibrio de corriente en caso de hueco de tensión en unasola fase.

c Alumbrados: los huecos de tensión provocan un desgaste prematuro de las lámpa-ras de incandescencia y de los tubos fluorescentes.


Efectos de las perturbacionessobre las cargas

Algunos de los equipos afectados por huecos y cortes de tensión.


2


Efectos de las perturbacionessobre las cargas (continuación)

Sobretensiones

Los efectos son muy diversos, según el tiempo de aplicación, la repetitividad, la mag-nitud y la frecuencia:

c Descargas eléctricas, causa de destrucción de material sensible (componentes elec-trónicos).

c Degradación de material por desgaste (sobretensiones no destructivas pero repetidas).

c Corte largo por deterioro de material.

c Perturbación de los circuitos de control y comunicación de baja corriente.

c Degradación mecánica por efectos electrodinámicos.

c Incendio por efecto térmico.

Los equipos afectados y sus efectos son:

c Variadores de velocidad:v Perturbaciones en su normal funcionamiento.v Averías eléctricas de sus componentes.

c Carga de informática y de control numérico.v Descargas eléctricas de los componentes electrónicos.v Perturbaciones y descargas eléctricas.

c Hornos de inducción:v Perturbaciones en su normal funcionamiento.

c Alumbrados:v Desgaste prematuro.v Funcionamiento defectuoso.v Deterioro.

c Baterías de condensadores:v Degradación del equipo.

c Transformadores:v Calentamiento anormal.v Deterioro.

c Interruptores automáticos:v Degradación del equipo.v Disparos intempestivos.

c Cables:v Degradación de los aislantes (desgaste).v Incendios.

Variaciones y fluctuaciones de tensión

Puesto que la mayoría de las fluctuaciones no es más de ± 10%, la mayoría de losaparatos no tienen perturbaciones excepto los alumbrados.

Algunos de los equipos afectados por las sobretensiones.

La mayoría de los aparatos no tiene perturbaciones, sólo los alumbrados.


2

Armónicos

En los equipos principales aparecen 2 tipos de efectos: los efectos inmediatos o acorto plazo y los efectos a largo plazo:

Los efectos inmediatos o a corto plazo:

c Disparo intempestivo de las protecciones.

c Perturbaciones inducidas de los sistemas de corriente baja (telemando, telecomu-nicaciones).

c Vibraciones y ruidos anormales.

c Deterioro por sobrecarga térmica de condensadores.

c Funcionamiento defectuoso de las cargas no lineales.

Por otro lado, los efectos a largo plazo causados por una sobrecarga de corrienteque provoca calentamientos y por tanto, un desgaste prematuro de los equipos.

Los equipos afectados y sus efectos son:

c Condensadores de potencia:v Pérdidas y calentamientos adicionales.v Reducción de las posibilidades de utilización a plena carga.v Vibraciones, desgaste mecánico.v Molestias acústicas.

c Motores:v Pérdidas y calentamientos adicionales.v Reducción de las posibilidades de utilización a plena carga.v Vibraciones, desgaste mecánico.v Molestias acústicas.

c Transformadores:v Pérdidas y calentamientos adicionales.v Vibraciones mecánicas.v Molestias acústicas.

c Interruptor automático:Los efectos son disparos intempestivos debidos a la superación de los valores decresta de la corriente.

c Cables:v Pérdidas dieléctricas y químicas adicionales, especialmente en el neutro en caso depresencia de armónicos de orden 3.v Calentamientos.

c Ordenadores:Los efectos que provocan son perturbaciones funcionales que generan pérdidas dedatos o funcionamiento defectuoso de los equipos de control.

c Electrónica de potencia:Los efectos que provocan son perturbaciones relacionadas con la forma de onda:conmutación, sincronización...

Desequilibrios

Los equipos afectados y los efectos que sobre ellos producen son:

c Motores:El calentamiento de las fases que recorre una corriente elevada conlleva el calenta-miento de los motores, siendo los más sensibles los motores asíncronos trifásicos.Dichos calentamientos reducen la vida útil de estos motores.

c Carga informática y de control numérico:Un índice de desequilibrio que supere el 5% durante una hora puede conllevar funcio-namientos defectuosos graves de los controles numéricos.



Algunos de los equipos afectados por la presencia de armónicos.


2



Resumen

En la tabla que se muestra a continuación, se hace un resumen de las perturbacionesque afectan a los diferentes equipos:

Sensibilidad a las perturbacionesEquipos Huecos de tensión

Sobretensiones Armónicos DesequilibriosFluctuaciones

< 0,5 s > 0,5 s de tensiónMotor asíncronoMotor síncronoAccionadorVariador de velocidadCarga informáticaHorno de inducciónAlumbradoBatería de condensadoresTransformadorOnduladorDisyuntorCable


2


Soluciones para mejorar lacalidad de la energía eléctrica

Una degradación de la calidad puede conllevar una modificación del rendimiento oincluso el deterioro de los equipos y procesos que dependen de ellos.

Se plantean tres aspectos:

c Uno o varios generadores de perturbaciones: determinadas cargas crean perturba-ciones permanentes y otras momentáneas. Su carácter transitorio las hace más difícilde detectar.

c Uno o varios equipos sensibles: los equipos son sensibles a las perturbacionesgeneradas por cargas contaminantes conectadas a la misma red. Aunque, no obs-tante, pueden ser ellas mismas generadoras de perturbaciones.

c Una forma de propagación: las perturbaciones se propagan en la instalación perotambién pueden extenderse para contaminar toda la red.

Diagnóstico

Un diagnóstico adecuado resulta indispensable. Condiciona la eficacia de la soluciónque se va a aplicar.

Este diagnóstico:

c Determina la naturaleza de las perturbaciones: es necesario caracterizar conprecisión cada perturbación: la naturaleza de la solución depende de ello.

c Evalúa los riesgos: un diagnóstico adecuado debe cuantificar las consecuenciasde las distintas perturbaciones.

c Debe llevarse a cabo por especialistas: la diversidad de los orígenes asociada ala complejidad de las instalaciones, hacen indispensable la intervención de un espe-cialista.

Equipos para realización del diagnóstico

Variaciones de la frecuenciaPara la detección de las variaciones de frecuencia que pueden aparecer en una insta-lación, Schneider Electric ofrece una gama muy completa de equipos, desde el sim-ple frecuencímetro hasta el complejo analizador de redes.

Con el frecuencímetro se puede visualizar por su display la medida de la frecueciasiempre que esta esté comprendida entre 20 Hz y 100 Hz.

Con las centrales de medida PM700 se puede registrar mediante comunicación lasvariaciones de frecuencia ocurridas en la instalación y, con las PM800 (a partir de laPM820), se pueden registrar estas variaciones tanto en su memoria interna, como porcomunicación, y generar una alarma cada vez que se le indique al haber una variaciónde frecuencia.

Variaciones de la amplitud de onda

Huecos, puntas y cortes de tensiónPara la detección de los huecos de tensión y cortes que pueden aparecer en unainstalación, la gama de Power Meters de Schneider Electric, puede ofrecer desde unasimple lectura de valores instantáneos, hasta su señalización por una alarma y poste-rior registro en una base de datos local y/o remota.

Con las centrales de medida PM700 se puede conseguir la lectura instantánea de losvalores de la tensión y, mediante comunicación, registrarlos en una base de datosubicada en un PC.

Con las PM800, además de obtener la lectura instantánea, se pueden registrar estasvariaciones tanto en su memoria interna (a partir de la PM820), como por comunica-ción en una base de datos ubicada en un PC y generar una alarma cada vez que lasdetecte. Si, además asociamos esta alarma a la activación de su salida digital, podre-mos señalizarla, ya sea acústica o luminosamente.

Con los Circuit Monitor serie 3000 (CM3350) y serie 4000 también estamos en condi-ciones de visualizar, registrar (en el propio equipo y/o en una base de datos local) yseñalizar los huecos, puntas y cortes de tensión que se den en nuestra instalación.

Frecuencímetro FRE digital de carril DIN.

Captura de onda tipo “perturbación”: detección de un hueco de tensión.

Power Meter Serie 800.

Power Meter Serie 700.


2


Soluciones para mejorar lacalidad de la energía eléctrica(continuación)

Variaciones y fluctuaciones de tensión: FlickerPara la detección de las variaciones y fluctuaciones de tensión que pueden apareceren una instalación eléctrica, el equipo de Schneider Electric adecuado es el modeloCircuit Monitor 4000T.

La diferencia con el Circuit Monitor 4000 radica en que incorpora un módulo de ad-quisición de corrientes y tensiones adaptado a la detección de fenómenos transito-rios, con un muestreo en tensión a 5 MHz.

Variaciones de la forma de onda

ArmónicosPara la detección de los armónicos que pueden aparecer en una instalación, la gamade Power Meters de Schneider Electric, puede ofrecer desde una simple lectura delíndice de distorsión armónica en tensión y en corriente, hasta su señalización por unaalarma y posterior registro en una base de datos local y/o remota.

Con las centrales de medida PM700 se puede conseguir la lectura del índice de dis-torsión armónica en tensión y en corriente, obtenida por la medida del valor eficazhasta el armónico 31.

Con las PM800, además de obtener los índices de distorsión armónica, se obtieneuna descomposición espectral de armónicos hasta el orden 63. Además de realizaruna captura de onda (PM850), en la que se aprecia la distorsión originada por losarmónicos. Los armónicos pueden registrarse tanto su memoria interna (a partir de laPM820), como por comunicación en una base de datos ubicada en un PC y, generaruna alarma cada vez que los detecte. Si además asociamos esta alarma a la activa-ción de su salida digital, podremos señalizarla, ya sea acústica o luminosamente.

Con los Circuit Monitor se obtiene una descomposición espectral hasta el armónico 255.

Variaciones de simetría

Desequilibrios de tensiónPara la detección de desequilibrios de tensión que pueden aparecer en una instala-ción, la gama de Power Meters de Schneider Electric puede ofrecer desde una simplelectura de valores instantáneos, hasta su señalización por una alarma y posterior re-gistro en una base de datos.

Con las centrales de medida PM700 se puede conseguir la lectura instantánea de losvalores de desequilibrio de tensión y mediante comunicación, registrarlos en una basede datos ubicada en un PC.

Con las PM800, además de obtener la lectura instantánea, se pueden registrar estosdesequilibrios tanto en su memoria interna (a partir de la PM820) como por comuni-cación en una base de datos ubicada en un PC y, generar una alarma, cada vez quelas detecte. Si, además asociamos esta alarma a la activación de su salida digital,podremos señalizarla, ya sea acústica o luminosamente.

Con los Circuit Monitor serie 3000 (CM3350) y serie 4000, también estamos en condi-ción de visualizar, registrar (en el propio equipo y/o en una base de datos local) yseñalizar los desequilibrios que se produzcan en nuestra instalación eléctrica.

Soluciones

La elección, la instalación y el mantenimiento de las soluciones deben realizarse porespecialistas. La solución debe actuar en toda la instalación o proteger los receptoressensibles. Dicha solución, debe estar adaptada a las necesidades reales del usuario yser al mismo tiempo la de mejor rendimiento en el aspecto técnico y económico:

c Rendimiento deseado: un funcionamiento defectuoso puede resultar inadmisiblesi pone en juego la seguridad de las personas.

c Consecuencias económicas del funcionamiento defectuoso: toda interrupciónno programada, incluso breve, de determinados procesos (fabricación de semicon-ductores, siderurgia, petroquímica) conlleva una pérdida o una falta de calidad de laproducción, incluso el cuestionamiento de la herramienta de producción.

c Tiempo de amortización deseado: se trata de la relación entre las pérdidas causa-das por la falta de calidad de la energía y el coste de la solución.

Circuit Monitor 4000 + visualizador.

Circuit Monitor Serie 3000.

Análisis espectral hasta el armónico 63°, representando la información grá-fica o numérica.


2

Ejemplos de soluciones

Huecos y cortes de tensiónExisten soluciones particulares para cada tipo de defecto, así como acciones parareducir sus repercusiones pero, a grandes rasgos, para evitarlos en la medida de loposible, el camino a seguir son los puntos aquí especificados:

c Diseño y ejecución cuidada de las instalaciones:v Calidad de la fuente (nivel de perturbaciones máximo).v Exigencias de los receptores (sensibilidad a la duración-profundidad del hueco).

c Mejora del nivel de prestaciones de las protecciones eléctricas (selectividad, etc.).

c Aumento de la potencia de cortocircuito de la red.

c Mantenimiento adecuado de instalaciones y maquinaria.

c SAIs.

SobretensionesPara solucionar o, al menos, reducir estos problemas, la solución está en:

c Utilizar transformadores de potencia en los centros de transformación del usuariocon tomas de regulación apropiadas.

c Diseño y ejecución correcta de las líneas de distribución interiores evitando caídasde tensión elevadas.

c No interrumpir el conductor neutro, bajo ninguna circunstancia, en sistemas quealimenten circuitos monofásicos.

c Utilizar limitadores de tensión transitorias tipo PRD para rebajar el valor de pico dela sobretensión hasta valores que no dañen los receptores.

Flicker o parpadeoSe pueden considerar diversas soluciones:

c Elección del sistema de iluminación: ya que existen fuentes luminosas más o me-nos sensibles al flicker, la solución evidente y la primera que hay que considerar eselegir bien estas fuentes. Las lámparas fluorescentes tienen una sensibilidad a lasvariaciones de tensión dos o tres veces menor que las lámparas de incandescencia.

c Como remedio local, se puede considerar “limpiar” la línea de salida para la ilumina-ción por medio de la instalación de un regulador de tensión o de un ondulador.

c Diseño correcto de la maquinaria reduciendo al máximo las puntas transitorias decorriente. En algún caso esto puede conseguirse mediante la inserción de reactanciasen serie o, en otros, mediante sistemas de acumulación de energía.

c Alimentación eléctrica independiente de la maquinaria que requiera corrientes tran-sitorias importantes.

c Evitar la coincidencia de las puntas de corriente consumidas por las cargas.

c Utilización de compensadores estáticos que, mediante interruptores electrónicos yreactancias, permiten compensar las fuertes oscilaciones de corriente en las cargas.



Limitador de sobretensiones transitorias tipo PRD.


2



Baterías automáticas Prisma SAH 400 V, armario simple.

ArmónicosAlgunas de las posibles soluciones son:

c Sobredimensionar condensadores (en tensión y en potencia), sobredimensionartransformadores de potencia, sobredimensionar conductores (la sección del conduc-tor neutro debe ser igual a la sección de las fases).

c Alimentar separadamente las cargas generadoras de corrientes armónicas del restode la instalación.

c Estudiar cuidadosamente la posibilidad de resonancia entre baterías de conden-sadores y reactancias de transformador de potencia y de red.

c La presencia de una batería de condensadores en una instalación no genera armó-nicos, sin embargo, puede amplificar los armónicos existentes agravando el proble-ma. La oferta de Schneider Electric para equipos de compensación en BT (para másinformación ver Capítulo 3 “Compensación de energía reactiva y filtrado de armóni-cos”) es:v En redes no contaminadas con armónicos: Equipos estándar.v En redes débilmente contaminadas (THU alrededor del 2% o 3%): Equipos clase H.En este caso, se deberá verificar que no existe riesgo de resonancia.v Redes contaminadas: Equipos SAH (baterías con filtros de rechazo, sintonizados a215 Hz).


2

Ejemplo 1: Asignación de costes

El comercial que habitualmente atiende al cliente de una fábrica de automóviles, de-tectó la necesidad, por parte del departamento de ingeniería, de controlar de formaautomática los consumos de energía eléctrica. De esta forma se puso en contactocon los responsables de producto PowerLogic, con el objetivo de realizar un análisismás detallado de las necesidades y de las posibles vías de solución.

Las necesidades estaban claras: supervisar, de forma sencilla y a distancia, los con-sumos energéticos de cada uno de los procesos, en las cadenas de montaje de losdiferentes automóviles fabricados; con el fin de optimizar costes.

Hasta el momento, recoger esta información era un trabajo manual, poco preciso yque suponía un coste significativo en efectivos y tiempo (se tomaban más de 200lecturas al mes). El responsable del control de consumos del área de ingeniería, me-diante la recogida de estos datos, pretende controlar e incentivar a los diferentesdepartamentos y procesos de montaje, para que optimicen su gasto energético.

Sin embargo, hasta la fecha, existen muchos puntos en los que se carece de informa-ción del consumo, y debe de extrapolarse teniendo en cuenta las horas de funciona-miento y el número de unidades producidas.

Descripción del proyectoLos costes de potencia tienen tres componentes principales: costes energéticos, costesde distribución de potencia (gastos de capital) y costes de corte de suministro.

Los costes de energía son fáciles de identificar: están anotados en la factura eléctricade la instalación. La gestión de la energía es la razón que prima para que las compañíasinstalen equipos de análisis y supervisión de potencia. Pero los ahorros en costes deenergía son normalmente una pequeña parte de la oportunidad total de ahorro.

Los costes de distribución de potencia representan una inversión enorme. ¿Cuántodinero gasta una industria en mantenimiento del equipamiento eléctrico, relacionadocon la calidad de energía? Armónicos, caídas de tensión, desequilibrios, sobrecargade las fuentes de alimentación y un factor de potencia desfavorable, aceleran el dete-rioro y la pérdida de la vida útil de los componentes de la instalación. La mayoría delos presupuestos de las plantas para recambios de los equipos, modernizaciones ymodificaciones aumentan cada año. ¿Cuánto de este capital invertido puede ser evi-tado o pospuesto?

Los costes de corte de suministro —la pérdida de producción o productividad de-bida a fallos de suministro, equipamiento y costes inexplicables— pueden ser tam-bién muy costosos. ¿Cuál es el verdadero coste de un corte de suministro en suinstalación? Factores de coste como trabajadores inactivos, horas extraordinarias,ventas perdidas y reducción de inventario pueden ser bastante altos.

En el caso del cliente, se quiere invertir principalmente para controlar los costes deenergía dentro de una de sus factorías.

Los objetivos son:

c Automatizar el informe mensual de energías.

c Imputación del consumo real de los distintos procesos en las respectivas plantas(actualmente se utilizan porcentajes).

c Obtener gráficas de consumo, por día, por hora, etc... para cada planta.

c Calcular horas de funcionamiento de los equipos para hacer previsiones de consumo.

c Controlar las líneas de salida BT de las ET’s:v Tensiones.v Intensidades.v Potencias: activa, reactiva y aparente.v FP.v THD’s.


Casos ejemplo. Soluciones

Fábrica de automóviles.


2

Schneider Electric realiza un estudio y analiza las instalaciones eléctricas de la fábricade automóviles con el fin de definir una oferta. Esta se basa en la central de medidaPM710 conectada en cada una de las salidas a supervisar y en los transformadoresde potencia de las estaciones transformadoras. La comunicación de datos se realiza-rá mediante una red de fibra óptica y la pasarela Ethernet EGX200, utilizando una redde alto nivel como es la red Ethernet.

Por tanto el proyecto consistirá en la instalación de centrales de medida en las entra-das y salidas existentes de los cuadros de BT ubicados en las estaciones transfor-madoras según la relación entregada por el cliente.

En el plano de planta de esta fábrica de automóviles se observaron los puntos en losque se encontraban contadores de energía (a sustituir, sin comunicación), así como elrecorrido de los buses de datos existentes (estos se deben aprovechar para la nuevainstalación).

La central de medida adecuada para la supervisión energética y el análisis general dela instalación es la PM710. Además de la energía, proporciona parámetros básicosde la instalación: intensidades por fase, tensiones simples y compuestas... Puede serinstalada con un único captador de intensidad en redes trifásicas equilibradas (comosucede en esta fábrica) y ahorrar en tiempo de instalación y tiempo de parada.

Se consideran dos puestos de control con instalaciones del programa de supervisiónSystem Manager Software (SMS); una en el departamento de ingeniería y otra en elde mantenimiento. La solución adecuada es la instalación de la versión servidor/cliente:un SMS3000 (servidor) y un SMS1000 (cliente), con una única base de datos residen-te en el servidor.

ImplantaciónPara la comunicación entre los diferentes elementos del sistema de supervisión, pro-ponemos una arquitectura completa donde se integrarán cada uno de los elementosa través de una red ETHERNET:

c Pasarelas EGX200.v Conexión fibra óptica.v Tecnología Transparent.v Hasta 64 elementos.

c Red en fibra óptica (100 Mbauds).

La central de medida propuesta es la PM710, por los datos que proporciona de:

c Energía.

c Parámetros básicos de la instalación:v Intensidades por fase.v Tensiones simples y compuestas.

Además, permite la instalación con un único captador de intensidad en redes trifásicasequilibradas (ahorro en costes de instalación y tiempo de parada).

Los centros a controlar y el número de centrales por centro, son:

c ET Centro distribución: 7 PM710.

c ET Montaje: 30 PM710.

c ET Piecerio: 48 PM710.

c ET Soldadura-1: 34 PM710.

c ET Soldadura-2: 32 PM710.

c ET Pintura-1: 38 PM710.

c ET Oficinas Generales: 1 PM710.

c ET Recambios CPO: 27 PM710.

c ET Camiones: 34 PM710.

c ET Cen. Ser.-3: 10 PM710.

c ET Pintura-2: 70 PM710.

c ET Transmisiones –1: 3 PM710.

c ET Ing. Diseño: 31 PM710.

c ET Parachoques: 11 PM710.


Casos ejemplo. Soluciones(continuación)


2

En definitiva, un total de 389 centrales de medida repartidas por toda la factoría; y14 pasarelas EGX200.

Esta pasarela incorpora una comunicación Ethernet a 10 o 100 Megabits/segundoque permite aprovechar toda la potencia de las redes LAN para obtener datos desupervisión de energía, ahorrando además en costes de cableado.

Una única pasarela EGX, con una única dirección IP, proporciona comunicación hasta64 equipos (32 por puerto RS485). El modelo EGX400 posee un puerto de fibra óptica(100 Mbit) además del UTP (10/100 Mbit) estándar.

Arquitectura de comunicaciónLa figura muestra la arquitectura de comunicación:

La arquitectura de cada centro es similar y los elementos se repiten, variando el nú-mero de centrales PM710 en función del número de salidas a controlar.

Los elementos que encontramos en cada uno de los centros son:

c PM710 (comunicación integrada: puerto RS485 a 2 hilos).

c Pasarela Ethernet EGX200.

c Switch de conexión a la red Ethernet.

Ejecución del proyectoLa ejecución se llevó a cabo en dos fases:

c 1.ª Fase:v Tendido de la red de F.O.v Instalación de los PM710 de los generales de los 33 transformadores.v Instalación del programa SMS3000/1000 en Departamento de Ingeniería y Taller deMantenimiento.

c 2.ª Fase:v Instalación de los PM710 en las salidas de los transformadores, según se vayanaprobando las inversiones.

Puestos de controlEn la factoría encontramos dos puestos de control con funciones diferentes:

c Control de consumos:v Ordenador ubicado en Oficina Técnica.v Informe mensual de energías transferible a hoja Excel.v Gráficas de consumo diario y mensual.v Previsiones por plantas en función de:– Consumos.– Horas de funcionamiento.

c Control de instalaciones:v Ordenador ubicado en Taller Mantenimiento General.v Sinóptico con esquema unifilar:– 1.er detalle: parámetros eléctricos más importantes.– 2.º detalle: resto de parámetros.v Alarmas:– Sobrecarga.– Mala compensación reactiva.



EGX200

Ethernet TCP/IP

Modbus RS485

PM710 PM710 PM710 PM710 PM710

Arquitectura de comunicación.


2



GráficosMediante el programa de gráficos GFX1000 de PowerLogic, se incorporan sinópticos,diagramas animados y lecturas en tiempo real a la supervisión. Este programa seapoya en los datos facilitados por el programa SMS. Además, es necesaria cualquierutilidad de gráficos para realizar los esquemas unifilares y añadirlos al programa GFX.

En la siguiente figura se muestra una pantalla del puesto de supervisión del taller demantenimiento:

En esta pantalla podemos observar el esquema unifilar de la instalación con:

c Información básica de la instalación (placas de potencia, características de los inte-rruptores, nombres).

c Lecturas en tiempo real. Se muestra un parámetro importante como es la potenciaactiva de cada línea.

c Vínculos con otras pantallas y con el esquema principal.

Se puede aumentar el detalle de información:

Haciendo doble “clic” en la salida en cuestión, se abre un nuevo cuadro de diálogocon mucha más información al respecto: intensidad por fase, tensiones simples ycompuestas, potencias, energías, factores de potencia, potencia media.


2

La información se puede visualizar de formas diferentes:

En la pantalla que se muestra a continuación se observan lecturas en tiempo real,pertenecientes a una central de medida, en formato digital:



En esta otra pantalla, se presentan los datos, utilizando un formato más tradicional,como es el de los medidores analógicos.

Las posibilidades a la hora de presentar la información de supervisión mediante elprograma de gráficos GFX1000 son innumerables. En el proyecto de esta fábrica delsector del automóvil se han desarrollado decenas de pantallas gráficas diferentes.


2

Ejemplo 2: Control y optimización energética

En este ejemplo se trata la solución PowerLogic para el control y la optimizaciónenergética de una planta ya existente del sector textil.

El problemaPIQUÉ, S.A. posee una planta de fabricación de ropa íntima (calcetines, medias...) dealta producción con varios problemas a nivel de optimización energética. Con ayudasde la Comunidad Europea, la fábrica tiene instalada una cogeneración para obtenermás rendimiento en los consumos.

Asimismo, la planta se encuentra en una zona conflictiva a nivel de calidad energéti-ca, y el personal de mantenimiento requiere un control exhaustivo de ésta.

La instalación eléctrica está compuesta por cuadros Merlin Gerin con unidades decontrol Micrologic 5.0A, Compact NS y Sepams 1000+.

El personal de mantenimiento, con gran poder de decisión, requiere un Sistema Su-pervisión para gestionar los siguientes puntos:

c Optimizar el rendimiento energético de la instalación regulando el nivel de lacogeneración dependiendo del consumo de la instalación. Asimismo, tener en cuentala potencia contratada con la compañía para efectuar esta gestión energética comen-tada anteriormente.

c Controlar la sensibilidad de la instalación a fenómenos de No Calidad Energéticadetectando las perturbaciones, incidencias y consecuencias en la instalación.

c Integrar todos los elementos de protección eléctrica ya instalados en la instalaciónen el Sistema de Supervisión. Esta integración incluye la comunicación de los CompactNS, Sepam 1000+, las Micrologic 5.0A y la inclusión de diferenciales para efectuaresta supervisión de la instalación. El personal de la planta pretende efectuar una me-jor previsión en el mantenimiento de la fábrica y aumentar la seguridad de la instala-ción.

c Gestión de las salidas más importantes cuando el funcionamiento es en Isla.

c Efectuar un análisis exhaustivo de las tendencias en la instalación de fugas diferen-ciales.

Términos y conceptos claveEl factor de potencia representa el grado de desfase entre la tensión y la intensidadaplicadas a una carga. El cálculo del factor de potencia desde esta perspectiva serealiza tomando el coseno del ángulo (ϕ) en que la intensidad retrasa a la tensión. Lasformas de onda de tensión e intensidad de la figura 1 son las típicas de un motor deinducción.

En contraste a la forma de onda sinusoidal de la figura 1; la figura 2, muestra lasdistorsiones típicas introducidas por un variador de frecuencia variable, moduladopor ancho de pulso (PWM).

La figura 3, muestra la componente fundamental de la intensidad del variador encomparación con la intensidad total.

Comparando los desfases en las figuras 2 y 3, podemos observar que la tensión y laintensidad fundamental están casi en fase; por tanto cos ϕ es aproximadamente 1(factor de potencia aproximadamente 1). Si leemos el factor de potencia del panelfrontal de un Circuit Monitor, tendremos un valor de 80%. ¿Significa esto que el CircuitMonitor calcula el factor de potencia erróneamente? Después de todo, los variadoresPWM son conocidos por tener factores de potencia de entrada elevados. La verdades que, efectivamente, los variadores PWM tienen un factor de potencia de entradaelevado (desplazamiento del factor de potencia de entrada).



Fig. 1. ϕ representa el ángulo en que la intensidad retrasa a la tensión.

Tensión

Intensidad

FP = cos ��

Tiempo (msegundos)

Fig. 2. Tensión e intensidad en un variador modulado por ancho de pulso(PWM).

Tensión

Intensidad

Fig. 3. Intensidad de un variador (PWM) incluyendo armónicos (total) y sinellos (fundamental).

Intensidad fundamental

Intensidad total


2



La definición general de factor de potencia es la reacción entre la potencia activa y lapotencia aparente:

FP = KW KVA

Esta fórmula es equivalente al cos ϕ sólo en el caso de condiciones puramentesinusoidales (sin presencia de armónicos). Cuando el factor de potencia se calculacon la potencia activa y aparente total (que incluye armónicos), el resultado es elfactor de potencia total (FP), que es el que aparece en el panel frontal del CircuitMonitor. Cuando se consideran solo las componentes fundamentales, el resultado esel desplazamiento del factor de potencia (dFP).

Al igual que las corrientes inductivas, que producen un factor de potencia con retra-so, los armónicos también reducen la capacidad del circuito. Esto se debe al incre-mento del valor efectivo de la intensidad cuando aparecen armónicos. Otra razón esel incremento de los esfuerzos térmicos, por el efecto resistivo pelicular, que los ar-mónicos imponen en los devanados de los transformadores y conductores.

Actualmente existen condensadores que reducen el factor de potencia total cuandotenemos armónicos.

Terminología básica a la forma de ondaEl System Manager Software puede adquirir una onda en cualquier Circuit Monitor3250 o superior. Si hacemos doble clic en el título de cualquier forma de onda, obten-dremos una tabla de datos como la mostrada en la figura 4.

Los valores listados en esta tabla proporcionan información valiosa acerca de la for-ma de onda asociada. Los términos de la tabla se definen en los siguientes párrafos.El valor fundamental de tensión o intensidad corresponde a la parte de señal a lafrecuencia de suministro. Generalmente la frecuencia es 50 Hz pero podría ser 60 Hz(EE.UU.) o 400 Hz (aviación).

Valor RMS es el valor efectivo, o el valor equivalente en corriente continua, de latensión o la intensidad. Los Circuit Monitors son dispositivos que realmente midenvalores rms. Existen medidores de mano que miden valores máximos o medias conlos que calculan los valores rms. Estos son muy poco precisos cuando miden unaseñal altamente distorsionada. Un medidor de máximos, por ejemplo, presentará unerror del 200% al medir una intensidad semejante a la de la figura 4.

RMS-H es el valor efectivo de la parte armónica de la tensión o la intensidad. Estamagnitud proporciona información acerca del nivel actual de armónicos de tensión ointensidad.

Valor de pico de tensión o intensidad es el valor máximo o mínimo de la onda. Esposible que los equipos resulten dañados si el valor de pico es excesivo aunque elvalor rms esté dentro de los límites permitidos.

CF (factor de cresta) de tensión o intensidad es la relación entre los valores de pico yrms. El factor de cresta es 1,414 para una señal sinusoidal pura. La intensidad quealimenta un ordenador puede tener un factor de cresta superior a tres (como el ilustra-do en la figura 4), mientras que algunos variadores tienen factores inferiores a 1,4.Algunos fabricantes tasan sus productos con un factor de cresta máximo.

ASUM es la suma aritmética de las magnitudes de la componente fundamental y losarmónicos (a diferencia de la suma vectorial).

THD (tasa de distorsión armónica total) definida tanto para tensión como para inten-sidad, es la relación entre la parte armónica y la fundamental:

THD = XRMS–H

X1

donde X puede ser tensión o intensidad.

Fig. 4. Pantalla de captura del System Manager Software que muestra laintensidad típica de cargas electrónicas monofásicas. Si hacemos dobleclic en el título (“Phase A Current”) veremos la tabla de datos.

Título Tabla de datos


2



La ecuación anterior es el valor mostrado en el panel frontal del Circuit Monitor. Otravariedad de distorsión total de armónicos (thd), utilizada en algunos paises del nortede Europa, relaciona la parte armónica con la totalidad de componentes (no sólo lafundamental):

thd = XRMS–H

XRMS

Este valor puede registrarse en las tablas de la memoria interna del Circuit Monitor,visualizarse en el panel frontal mediante el diagnóstico de lectura de registros, uobtenerse mediante el programa System Manager.

La distorsión total de armónicos indica el grado de distorsión de la señal de tensión ointensidad. Por ejemplo, el THD de intensidad del variador PWM de la figura 2 es57%. La recomendación estándar del IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Elec-trónicos) limita a un 8% de distorsión total de armónicos de tensión para cualquierinstalación. Los limites de distorsión de intensidad dependen de la intensidad de-mandada (generalmente la media de intensidad de la factura eléctrica se calcula enbase a los 12 meses previos). La distorsión se mide en la unión eléctrica entre lacompañía y el cliente, denominado punto común de acoplamiento.

TIF/IT es el factor de influencia telefónica y el producto IT (que equivale al TIF con lostiempos de intensidad y los valores rms de intensidad). Ambos términos se utilizanpara dar idea de las interferencias entre los circuitos de distribución de potencia y loscircuitos de comunicación audio. El valor para las formas de onda de tensión es elTIF: una variación del THD que valora cada armónico de acuerdo con su efecto audi-ble para el oído humano. Para las formas de onda de intensidad el valor dado es elproducto IT.

La ventana de armónicos (RMS) lista el valor rms de cada armónico desde la compo-nente fundamental hasta la componente 31.ª. Las tensiones e intensidades distorsio-nadas pueden representarse por una serie de señales sinusoidales cuyas frecuenciasson múltiplos de la frecuencia fundamental (50 Hz). Por ejemplo, el quinto armónico,representa la componente a 250 Hz (cinco veces 50 Hz). Estos valores se sumanvectorialmente (raíz cuadrada de la suma de los cuadrados) para calcular RMS-H yRMS.

Terminología de potenciaLos Circuit Monitor determinan la potencia armónica y esto puede ser útil para eva-luar el flujo de armónicos de la fuente a la instalación. Un valor negativo indica un flujode armónicos desde la carga, mientras que un valor positivo indica un flujo hacia lacarga.

Un flujo de armónicos desde la carga implica que ésta es una fuente de armónicos(podría ser un variador de frecuencia variable o una planta de carga de baterías). Si lapotencia armónica fluye hacia la carga significa que ésta es un pozo de armónicos(los condensadores y los motores son ejemplos que representan bajas impedancias afrecuencia armónicas).

El factor K relaciona el efecto de calentamiento de una intensidad distorsionada conuna intensidad sinusoidal de idéntico valor rms. El término fue empleado, por primeravez, para definir la capacidad de un transformador para alimentar cargas no linealessin exceder sus límites de temperatura.

Las relaciones de factor K para transformadores de tipo seco estándar son: 4, 9, 13,20, 30, 40 y 50. El aumento de los factores K indican el aumento de la capacidad paraarmónicos de intensidad. El uso de transformadores de factor K se ha popularizadodebido al crecimiento del número de cargas electrónicas.

Mientras que el factor K de una carga dada puede medirse fácilmente; determinar eltransformador de factor K necesario no es tan simple. Este valor depende de lascargas, ya que los armónicos de múltiples fuentes no son 100% aditivos (la diversi-dad y atenuación reducen el contenido de armónicos de múltiples cargas en unamisma instalación). Por tanto, el transformador debe alimentar todas las cargas paramedir con precisión la relación de factor K necesaria.

Comparado con un transformador de relación disminuida, una elección adecuada detransformador de factor K, reduce la generación de armónicos. De hecho, un trans-formador con un 3%-5% de impedancia, autolimitará su factor K a plena potenciaentre 4 y 6.


2

Otros conceptosLa intensidad aparente es un valor único, que está relacionado con el valor de pico,que es mostrado por el Circuit Monitor. La intensidad aparente se define como:

Iap = Ipico

2

Esta magnitud refleja el valor que debería mostrar un amperímetro que mide valoresmáximos o un interruptor electrónico. Las unidades que miden valores de pico pue-den operar prematuramente cuando alimentan cargas no lineales. Comparando elvalor de intensidad rms con el aparente podemos apreciar el error que cometen estosdispositivos de protección.

Desde la introducción de los Circuit Monitor, el factor armónico se ha convertido enun sinónimo del THD. Algunas definiciones expresan el factor armónico en forma deporcentaje, como el THD, mientras que otras lo hacen en tanto por uno. El CircuitMonitor define el factor armónico como el factor de potencia total dividido entre eldesplazamiento del factor de potencia:

HF = FPdFP

Si no hay presencia de armónicos, este valor será 1. Si la tensión y la intensidad sehacen más distorsionadas, el factor armónico disminuirá.

El desequilibrio de tensión no está relacionado con los armónicos como lo están losconceptos anteriores, pero se manifiesta de una forma similar. Como los armónicos,el desequilibrio de tensión produce calentamiento en los motores. Los Circuit Monitorcalculan el desequilibrio de cada fase usando la siguiente fórmula:

VUMB = Vϕ – VMEDIO

VMEDIO

El desequilibrio total se presenta como el máximo de los desequilibrios de fase.Por ejemplo, las tensiones compuestas de un motor de inducción son: VAB = 459 V,VBC = 466 V y VCA = 462 V. La tensión media es 462 V y por tanto los desequilibrios defase son: –0,7%, 0,9% y 0%; y el desequilibrio total es 0,9%.

Cuando las tensiones están desequilibradas, una elevada intensidad negativa fluye enlos devanados del estator del motor. El flujo resultante gira en sentido contrario al rotor,induciendo una tensión que produce una intensidad de 120 Hz. El efecto resistivo pelicularaumenta la resistencia del rotor generando un calor excesivo. Un desequilibrio de un3% puede provocar un calentamiento del 25%, acortando la vida del motor.

El desequilibrio de intensidades (que se calcula de la misma forma que el desequilibriode tensiones) produce desequilibrio de tensión y puede indicar la necesidad de equi-librar las cargas monofásicas, o un problema con una carga trifásica.

SoluciónEl software supervisor de la instalación es el SMS1500 que está instalado en un PCdedicado exclusivamente para la aplicación. El PC está situado en el despacho delresponsable de mantenimiento e integra los siguientes dispositivos:

c 1 Analizador de Redes CM4000 con diferentes entradas y salidas.

c 13 Centrales de Medida PM710.

c 3 Relés de protección Sepam 1000+.

c 12 Unidades de Control Micrologic 5.0A.

c 1 Concentrador de Datos DC150.

c 9 Relés Diferenciales RHU.

c Diferentes Compact NS.

Para facilitar la visualización del estado de la instalación, como complemento delSMS, se ha instalado el editor de gráficos GFX para visualizar los datos requeridos enpantalla en formato gráfico.




2COMPACT NS

DC150

SEPAM1000+

CM4000

PM710

EGX200

Ethernet TCP/IP

Modbus RS485

Bus interno

SMS1500

MICROLOGIC 5 .0A

RHU



El sistema de comunicación utilizado para llevar la información de todos los disposi-tivos al Supervisor es Modbus TCP/IP; mediante una puerta Ethernet EGX200 seserian todos los dispositivos en RS485 y se concentran en Ethernet al PC.

Mediante el analizador de redes CM4000 se realiza la supervisión energética globalde la instalación. El CM4000, instalado en cabecera, controla la energía que se generay se consume en la cogeneración; en función de estos valores, utilizando entradas yuna salida analógica del CM4000, se regula un motor a mayor o menor potencia paramantenerse dentro de la potencia contratada.

Asimismo, el CM4000 supervisa la Calidad de la Energía recibida para analizar lasensibilidad de la instalación a perturbaciones.

Las 13 PM710 nos discretizan los consumos en los cuadros, llevando un análisis másdetallado pudiendo sacar conclusiones a nivel de productividad, armónicos, rendi-mientos, etc.

A nivel de protección, mediante Sepam1000+, Compact NS y Micrologic 5.0A, seconsigue llevar una supervisión global del mantenimiento de la instalación, con infor-maciones añadidas de intensidad, etc. Asimismo, el SMS1500 permite el control adistancia, siempre con una seguridad por password, de según qué protecciones. Ypara completar la integración de las protecciones, mediante 9 RHU, se consigue laprotección diferencial global comunicada.


2



Ejemplo 3: Justificación de un sistema de Supervisión Eléctrico,caso Interbank

En toda instalación eléctrica, los costes de potencia tienen tres componentes princi-pales: costes energéticos, costes de mantenimiento debido al deterioro de la instala-ción y costes debidos a la calidad de suministro.

Los costes energéticos son fáciles de identificar: están anotados en la factura eléc-trica de la instalación. La gestión de la energía es la razón que prima para que lascompañías instalen equipos de análisis y supervisión de potencia. Pero los ahorrosen costes de energía son normalmente una pequeña parte de la oportunidad total deahorro.

Los costes de mantenimiento representan una inversión enorme. ¿Cuánto dinerogasta en mantenimiento del equipamiento eléctrico relacionado con la calidad de lapotencia? Armónicos, tensión inestable, desequilibrios, carga de alimentación y fac-tor de potencia irregular aceleran el deterioro y la pérdida de vida de los componentesdel sistema de potencia. La mayoría de los presupuestos de las plantas para recam-bios de los equipos, modernizaciones y modificaciones aumentan cada año. ¿Cuántode este capital invertido puede ser evitado o pospuesto?

Costes de calidad suministro –la pérdida de producción o de productividad debidaa fallos de equipamiento y cortes inexplicables– puede ser también muy costoso.¿Cuál es el verdadero coste de un corte de suministro en su instalación? Factores decoste como trabajadores inactivos, horas extraordinarias, ventas perdidas y reduc-ción de inventario –estos factores pueden ser bastante altos.

Como un iceberg, muchos costes de potencia están escondidos debajo de la super-ficie, y pueden no ser detectados con facilidad. Presentamos a continuación un casodonde se hace evidente el coste de un corte de suministro y el hecho de no tener lainstalación insensibilizada frente a ellos.

Caso Interbank

Valencia, 17:13. La Sra. María García se dirige al cajero más cercano a su oficina.Como cada miércoles tiene previsto realizar la compra semanal y por ello su maridodebe salir dos horas antes de lo habitual para ir a recoger a sus hijos al colegio.

17:15. La Sra. García saca su tarjeta bancaria del bolso pensando en sacar ciertacantidad de dinero. Cuando está dispuesta a introducirla en la ranura, se da cuentaque la pantalla muestra un mensaje de fuera de servicio.

17:20. Después de esperar cinco minutos y aun con el mensaje de fuera de servicio,recuerda que la misma entidad bancaria tiene otra oficina a “sólo” cuatro manzanas.

17:30. Al entrar en la nueva oficina, encuentra una pareja de motoristas quejándosede que “el maldito cajero” no va. Sin entrometerse en la conversación escucha que lapareja ya ha estado en otros tres cajeros y que ninguno funciona.

17:32. La Sra. García, tienen una idea brillante, irá a comprar y pagará con la tarjeta.

18:05. Una vez en el supermercado y ya lleno el cesto de la compra, la Sra. García sedispone a pagar la totalidad de la compra con su tarjeta. Después de probar repetida-mente con la tarjeta, la cajera le comenta que “desafortunadamente” su tarjeta nofunciona, que le de otra o pague con dinero en efectivo.

18:07. Después de pasar una gran vergüenza, sale del supermercado con una gransensación de impotencia, rabia, con el cesto vacío y con una determinación: cambiarde entidad bancaria.

Tarragona, 17:20. Eugenio, responsable de compras de una empresa de ensamblajede productos americanos, se dispone a realizar la transferencia necesaria para que suproveedor americano le expida la materia prima que tanto urge a su departamento deproducción. En la reunión interdepartamental de cada miércoles por la mañana, elresponsable del departamento comercial ha expuesto que su mayor cliente les pena-lizará si no recibe la totalidad del pedido antes de una semana. Añade además que elcliente les retirará la exclusividad de suministro y ello conllevará grandes pérdidas.

Internetwww...

Ethernet TCP/IP

www...

Instalación en múltiples edificios a los que se puede acceder desde cual-quier parte del mundo por usuarios autorizados, vía un explorador deInternet.


2

17:25. Incomprensiblemente, la comunicación Internet que tiene contratada para rea-lizar transacciones con su banco sigue sin funcionar. Es consciente de que si norealiza la transferencia antes de las 18:00 h la materia prima americana no saldrá lamisma tarde y eso agravará el retraso de la producción y por tanto el descontento desu mayor y mejor cliente.

17:35. Se acerca la hora límite y su conexión sigue sin funcionar. Se promete a símismo cambiar de entidad bancaria si no consigue realizar con éxito la transacción.

Madrid, Edificio Data Center de Interbank.

Edificio modélico por su continuidad de servicio y por su insensibilización frente afenómenos externos. Ya en su día, hace ciertos años, se diseño e instaló la mejoraparamenta eléctrica del mercado. La instalación, dispone de grupos electrógenosque arrancan ante interrupciones de fluido eléctrico externo y después de cierto tiem-po (cuando alcanzan el régimen nominal) inyectan corriente a las cargas básicas de lainstalación. A la vez, y mientras el grupo arranca, la instalación dispone de SAIs quepermiten una continuidad de servicio total.

Hace dos años, el responsable de mantenimiento del edificio, presentó un proyecto ala dirección en el que preveía instalar un sistema de supervisión para poder optimizaral máximo el mantenimiento y conocer el estado y evolución del mismo. El buenestado aparente del edificio y los mínimos problemas existentes hasta entonces de-sestimaron la inversión necesaria y prefirieron destinarla a otros menesteres.

17:10. Tiene lugar una breve interrupción de suministro eléctrico. El interruptor deprotección en cabecera dispara debido a la acción de su bobina de mínima tensión.Esta función es requerida para que el inversor de redes pueda generar la maniobra yforzar el arranque del grupo. Esta maniobra, debe ser soportada por los SAIs paraasegurar el éxito de la misma y por tanto la continuidad de suministro.

Segundos después, la totalidad del edificio y por tanto del Data Center se viene abajo.Ante la incredulidad del responsable de mantenimiento, el responsable del edificio yde la totalidad de los empleados, el edificio queda a oscuras y todos los ordenadoresse paran.

Sin tener ningún conocimiento de causa y después de un cierto tiempo empiezan abuscar el origen de todo el desconcierto. Una vez encontrado el interruptor abierto ysin conocer el motivo del disparo, intentan cerrarlo sin éxito alguno (estaba enclavadocon el interruptor del grupo y éste estaba cerrado). A medida que transcurre el tiempoel grado de nerviosismo y presión aumenta exponencialmente.

Finalmente, y ante el caos existente, deciden arrancar el grupo manualmente y ase-gurar de esta manera los servicios mínimos del edificio. Una vez dominado el nervio-sismo y después de unos minutos más, consiguen restablecer la normalidad en lainstalación.

Al día siguiente, la totalidad del equipo de mantenimiento y de responsables deledificio se reúnen para analizar que había ocurrido y como evitar las consecuenciasotra vez. Cuando intentan recordar la sucesión de eventos del día anterior para enten-der lo ocurrido, se dan cuenta que dado el nerviosismo, caos de la situación, falta derigor y ausencia de registro alguno, les es imposible detallar el orden cronológico delos sucesos y el porqué de los errores. Ante tal situación, la preocupación aumenta engran grado ya que toman conciencia de la no perfección de su instalación y del des-conocimiento y falta de control que tienen respecto a ella.

Algunas de las preguntas que surgieron en la reunión fueron:

c ¿Se había llevado a cabo el mantenimiento requerido por la instalación los últimosaños?

c ¿Se había hecho mantenimiento a los SAIs?

c ¿Por qué la climatización colgaba de los SAIs? ¿Era necesario?

c ¿Cuánto duró la interrupción? ¿Es realmente necesario que entren los grupos antecualquier interrupción?

c ¿Están bien dimensionados los SAIs? ¿y los grupos?




2

El desarrollo de la reunión hizo evidente el mayor problema de todo suceso: La faltade información.

Este hecho, les hace desenterrar el proyecto realizado un par de años antes e insta-larlo en un tiempo récord.

Con el sistema de supervisión pretenden:

c Realizar un mantenimiento preventivo de la instalación eléctrica.

c Conocer el estado en todo momento de los SAIs (cargando, ondulando, estadobaterías...).

c Conocer la calidad de energía recibida y el grado de insensibilidad de su instalaciónfrente a ella.

c Conocer en todo momento el estado de toda su instalación eléctrica.

c Recibir avisos de alarmas en tiempo real.

c Visualizar el sistema de supervisión desde cualquier PC que esté en la red corpora-tiva y que este no sea un software propietario que requiera de instalación en ningúnPC.

c Minimización de la factura energética mediante:1. Mejor compensación del factor de potencia.2. Mejor elección de la tarifa eléctrica y posibles discriminaciones.3. Eliminar desequilibrios innecesarios.4. Filtrado de armónicos.

Para lograr todos estos objetivos, el sistema de supervisión y los dispositivos selec-cionados fueron:

c Sistema de Supervisión: el sistema de supervisión seleccionado fue PowerServerde PowerLogic ya que este, además de cumplir todos los requisitos de un sistemasupervisor exigente, añadía el concepto Transparent Ready, es decir, que permitía servisualizado desde cualquier PC corporativo mediante un navegador web, sin la nece-sidad de haber instalado en él ningún software propietario y sin depender del sistemaoperativo de cada PC.

c Dispositivos: el sistema consta de distintos dispositivos con misiones concretas arealizar:1. CM4000, analizador de redes eléctricas destinado a analizar y registrar la calidadde energía recibida por el edificio.2. CM3000, analizador de redes eléctricas destinado a registrar y analizar la calidadde energía suministrada por los SAIs.3. Interruptores de Potencia de Bastidor Abierto tipo Masterpact con unidades decontrol Micrologic 5.0P. Estos interruptores deberán maximizar la selectividad totalde la instalación para de esta manera asegurar una continuidad de suministro máxi-ma. A la vez, las unidades de control deberán registrar todos los defectos y protegerla instalación frente a oscilaciones de tensión y frecuencia.




2T1 630 KVA

P = 500 KWcos ϕ = 0,74

producción 1 producción 2 oficinas otros

Ejemplo 4: Compensación de energía reactiva:Optimización al máximo de una instalación

Nos encontramos ante una pequeña industria que quiere realizar una ampliación,invirtiendo lo menos posible.

Para ello, los datos disponibles son:

c Potencia del transformador: 630 kVA.

c Potencia activa consumida: 500 kW.

c Cos ϕ de la instalación: 0,74.

Si aplicamos el triángulo de potencia ( )SPcos = ϕ observamos que la potencia apa-

rente, S, de la instalación es de 675 kVA, casi un 7% de sobrecarga.

En estas condiciones, nos encontramos con unas caídas de tensión, unas pérdidasen los cables por el efecto Joule, lo suficientemente importantes para ocasionarnosproblemas en el normal funcionamiento de nuestra instalación, calentamiento en loscables, disparos en los disyuntores, parada del proceso de producción…; amén de lapérdida económica, un 10% sobre el consumo de energía y potencia contratada.

Todo ello de fácil solución si se coloca una batería de condensadores; vamos a verlo.Aplicando la fórmula, donde:

P = potencia activa de la instalación, 500 kWtg ϕ1 = es la tangente correspondiente al coseno inicialtg ϕ2 = es la tangente correspondiente al coseno deseado

Tendremos como resultado un valor de 454,46 kVAr.

Si colocamos una batería de 450 kVAr, obtendremos, si no aumentamos la carga, uncos ϕ = 1. Esto lo que nos va a permitir desde el primer momento es descargar eltransformador y obtener una potencia aparente de 500 kVA; por lo que podríamosaumentar un 26% la capacidad del transformador.

Lo mismo ocurrirá con la corriente que circula por las líneas, si anteriormente era de

976 A, ϕcos× U ×3PI = , ahora es de 722 A.

El recargo o bonificación que nos aplica la compañía eléctrica, viene dado por lafórmula:

21cos

17K r2

−=ϕ

Y si miramos el aspecto económico obtenemos como resultado una bonificación del4% respecto al consumo de energía y potencia contratada (un + 14% inicial).Con la posibilidad que comentábamos al principio de poder disponer de potenciaadicional y optimizar la instalación.




2

T1 500 KVA

P = 375 KW

restooficina + aire rotativa

cos ϕ = 0,78

Ejemplo 5: Compensación de energía reactiva en presenciade armónicos

¿Problemas con la batería de condensadores?

Una imprenta, ha ampliado su negocio y para ello ha necesitado entre otros elemen-tos una pequeña rotativa. Se ha modificado un poco la parte eléctrica de la instala-ción, aprovechando gran parte de lo que había, incluyendo una batería de 300 kVAr/400 V que tenía con anterioridad y que estaba sobredimensionada.

En el funcionamiento normal de la instalación no tiene ningún problema, exceptocuando trabaja la rotativa. Es cuando con frecuencia, se empieza a notar que en lalínea donde está la rotativa, los cables están muy calientes y se le dispara el disyuntorde cabecera de la instalación. ¿Por qué?

Los datos de la instalación son:

c Potencia del transformador: 500 kVA.

c Potencia activa consumida: 375 kW.

c Cos ϕ de la instalación, sin batería: 0,78.

c Cos ϕ de la instalación, con batería: 1.

c Potencia de la rotativa: 125 kVA.

Lo primero que hay que saber es que una rotativa es una fuente de contaminaciónarmónica, para situarnos donde estamos, es decir, si la instalación donde nos encon-tramos está o no contaminada. Para ello habrá que aplicar la siguiente relación:

SnGh% × 100=

con esta relación sabremos si hay o no contaminación armónica



Relación Gh / Sn 0 a 15% 15 a 25% 25 al 60%

Red Estándar Débilmente contaminada ContaminadaTipo condensador Estándar Clase H Clase SAH

Gh: potencia, en kva, de los posibles generadores de armónicos.

Obteniendo como resultado un 25%.

Por lo tanto, teóricamente, estamos en una red contaminada.

Sin embargo el único modo de saber si estamos en una red contaminada o no eshaciendo mediciones en la instalación y observando la THD U (tasa de distorsiónglobal en tensión).

THD U < 2% 2 al 3% 3 al 5%

Red Estándar Débilmente contaminada ContaminadaTipo condensador Estándar Clase H Clase SAH

Como en este caso, si hay la posibilidad de hacer mediciones, se observaron tasasde THD U del orden del 4 - 4,3%; lo que confirmaba el calculo teórico.

Además, en este caso, al haber una batería de condensadores instalada podemossaber a qué frecuencia puede entrar en resonancia, el rango resultante en nuestrocaso es 6,45, un valor muy próximo a 7 (350 Hz), uno de los armónicos más usuales.

¿Qué debemos hacer?

Como debemos de compensar la instalación para optimizarla al máximo tanto técnicacomo económicamente, hay que buscar la solución más apropiada.

La solución pasa, aunque resulte inicialmente gravoso económicamente, por la susti-tución de la batería existente por otra con inductancias antiarmónicos. El no aprove-chamiento de la batería existente es debido a:

c La batería de condensadores no está técnicamente preparada para soportar lastasas de distorsión que se producen en la instalación.

c Cuando se coloca una inductancia en serie con un condensador, en el punto deunión condensador-inductancia se produce una pequeña sobretensión debida a lafrecuencia de sintonización del conjunto.

c El normal funcionamiento de la instalación, así lo aconseja.

El equipo recomendado es una batería clase SAH (con inductancias antiarmónicos)sintonizada a 215 Hz, modelo Rectimat 2 con una potencia de 300 kvar / 400 V y unaregulación 50+50+2×100 (ref. 52666).


2


En este anexo se hace un resumen del capítulo II del Real Decreto 1955/2000 de 1 dediciembre que hace referencia a la calidad de servicio.

En él, se define la calidad de servicio como el conjunto de características, técnicas ycomerciales, inherentes al suministro eléctrico exigibles por los sujetos, consumidoresy por los órganos competentes de la Administración.

La calidad de servicio viene configurada por:

a. Continuidad de suministro, relativa al número y duración de las interrupciones desuministro.

b. Calidad de producto, relativa a las características de la onda de tensión.

c. Calidad en la atención y relación con el cliente, relativa al conjunto de actuacionesde información, asesoramiento, contratación, comunicación y reclamación.

Se reconoce la siguiente clasificación de la calidad de servicio en cuanto a su extensión:

c Calidad individual. Es aquella de naturaleza contractual, que se refiere a cada unode los consumidores.

c Calidad zonal. Es la referida a una determinada zona geográfica, atendida por unúnico distribuidor. En función del número de suministros de un conjunto de munici-pios de provincia, las zonas se clasifican en:

v Zona Urbana: Conjunto de municipios de una provincia con más de 20.000 sumi-nistros, incluyendo capitales de provincia, aunque no lleguen a la cifra anterior.

v Zona Semiurbana: Conjunto de municipios de una provincia con un número desuministros comprendido entre 2.000 y 20.000, excluyendo capitales de provincia.

v Zona Rural:

– Zona Rural Concentrada: Conjunto de municipios de una provincia con un númerode suministros comprendido entre 200 y 2.000.

– Zona Rural Dispersa: Conjunto de municipios de una provincia con menos de 200suministros así como los suministros ubicados fuera de los núcleos de población queno sean polígonos industriales o residenciales.

Para poder establecer los límites permitidos según las clasificaciones anteriores, esnecesario definir los siguientes conceptos:

TIEPI: Es el tiempo de interrupción equivalente de la potencia instalada en mediatensión (1 kV < V ≤ 36 kV). Este índice se define mediante la siguiente expresión:

( )=

×=

PI

HPITIEPI

k

iii

1Σ

ΣDonde:

ΣPI = Suma de la potencia instalada de los centros de transformación MT/BT deldistribuidor más la potencia contratada en MT (en kVA).

PIi = Potencia instalada de los centros de transformación MT/BT del distribuidor másla potencia contratada en MT, afectada por la interrupción “i” de duración Hi (en kVA).

Hi = Tiempo de interrupción del suministro que afecta a la potencia PIi (en horas).

K = N.º total de interrupciones durante el periodo considerado.

Las interrupciones que se considerarán en el cálculo del TIEPI serán las de duraciónsuperior a tres minutos.

Percentil 80 del TIEPI: Es el valor del TIEPI que no es superado por el 80% de losmunicipios del ámbito provincial definidos.

Anexo I: Calidad de servicio(Real Decreto 1955/2000)


2


Anexo I: Calidad de servicio(Real Decreto 1955/2000) (continuación)

NIEPI: Es el número de interrupciones equivalente de la potencia instalada en mediatensión (1 kV < V ≤ 36 kV). Este índice se define mediante la siguiente expresión:

==PI

PINIEPI

k

ii

1Σ

Donde:


PIi = Potencia instalada de los centros de transformación MT/BT del distribuidor másla potencia contratada en MT, afectada por la interrupción “i” (en kVA).


Las interrupciones que se considerarán en el cálculo del NIEPI serán las de duraciónsuperior a tres minutos.

Calidad individual: límites Media Tensión Baja Tensión

Ubicación del consumidor N.º horas N.º interrupt. N.º horas N.º interrupt.

Zona urbana 4 8 6 12Zona semiurbana 8 12 10 15Zona rural concentrada 12 15 15 18Zona rural dispersa 16 20 20 24

Calidad zonal: media y límites

Ubicación del consumidor TIEPI % 80 TIEPI NIEPI

Zona urbana 2 3 4Zona semiurbana 4 6 6Zona rural concentrada 8 12 10Zona rural dispersa 12 18 15

Continuidad de suministro

La continuidad de suministro viene determinada por:

c El tiempo de interrupción: Igual al tiempo transcurrido desde que la misma seinicia hasta que finaliza, medido en horas. El tiempo de interrupción total será la sumade todos los tiempos de interrupción durante un plazo determinado.

c El número de interrupciones: El número de interrupciones total, será la suma detodas las interrupciones habidas durante un plazo determinado.

Las interrupciones pueden ser imprevistas o programadas para permitir la ejecuciónde trabajos programados en la red, en cuyo caso los consumidores deberán ser infor-mados de antemano por la empresa distribuidora.

El número y la duración de las interrupciones programadas deberá tenerse en cuentaa efectos de cálculo del TIEPI y NIEPI total.


2



6 meses ???? 1 año

1 enero añosiguiente

1.er trimestre año + 2

Propuestaconjunta de lasEmpresas, deProcedimiento

al ME

Aprobaciónpor el ME

Implantacióndel sistema

Inicio registrocalidad onda

Iniciodescuentos porincumplimiento

23/03/0223/03/02 23/03/0323/03/03 1 enero1 enero20042004

1.er trimestre1.er trimestre 20052005

Propuestaconjunta de lasEmpresas, deProcedimiento

al ME

Aprobaciónpor el ME

Implantacióndel sistema

Inicio registrointerrupciones

Iniciodescuentos porincumplimiento

Marco económico-legalc Debe establecerse un procedimiento homogéneo y auditable para medida y con-trol de la continuidad de suministro. (Aprobado el 22/03/2002.)

c La distribuidora debe implantar un sistema de registro de incidencias para sus clientes.

c El cliente puede instalar, a su costa, un aparato de registro debidamente precintadoprevio acuerdo con la distribuidora.

Calidad del producto

La calidad del producto hace referencia al conjunto de características de la onda detensión.

Para la determinación de los aspectos de la calidad de producto se seguirán los crite-rios establecidos en la Norma UNE-EN 50160 (Características de la tensión suminis-trada por las redes generales de distribución) o norma que la sustituya y las Instruc-ciones Técnicas Complementarias que se dicten por el Ministerio de Economía, pre-vio informe de la Comisión Nacional de Energía.

Marco económico-legalc Debe establecerse un procedimiento homogéneo y auditable para la medida ycontrol de la calidad de producto. Aún por determinar (elaborando propuesta).

c No se determinan:v Los límites de calidad de producto.v Las penalizaciones por incumplimiento.


2

Calidad de la atención al consumidor

c Las empresas distribuidoras deberán elaborar anualmente información detallada delos valores de calidad:v Sobre los índices de calidad de cada zona: TIEPI, Percentil 80 del TIEPI y NIEPI.v Sobre la calidad del producto: UNE-EN 50160.

c Las comercializadoras tendrán derecho a que les sea facilitada por los distribuido-res la información de la calidad correspondiente a sus clientes.

c Esta información también deberá ser facilitada a los consumidores.

c Las empresas distribuidoras elaborarán anualmente información detallada sobrecalidad y relación con el cliente.

c Esta información será enviada al Ministerio de Economía, quien la comunicará a laComisión Nacional de Energía.

c Para la elaboración de esta información, las empresas deberán disponer de unprocedimiento de medida y control de la continuidad del suministro y calidad delproducto, homogéneo para todas las empresas y auditable.

En el gráfico que se muestra a continuación, se puede observar claramente, la rela-ción existente entre el Real Decreto y la disminución de costes eléctricos.



Coste Energía



Coste No disponibilidad

CosteDistribución PotenciaCalidad

Suministro

Calidad Producto

Calidad de atención al cliente

Relación Real Decreto - Empresa.


2


Anexo II: Definiciones

Punto de suministro: Punto de enlace de la instalación del cliente con la red general(Este punto puede ser diferente, por ejemplo, del punto de medida o del punto deconexión común)

Tensión de alimentación: Valor eficaz de la tensión presente en un instante dado enel punto de suministro y medido en un intervalo de tiempo dado.

Tensión nominal de una red (Un): Tensión que caracteriza o identifica una red y a lacual se hace referencia para ciertas características de funcionamiento.

Tensión de alimentación declarada (Uc): La tensión de alimentación declarada (Uc)es generalmente la tensión nominal Un de la red. Si, como consecuencia de un acuer-do entre el distribuidor y el cliente, la tensión de alimentación aplicada en sus bornesdifiere de la tensión nominal, entonces, aquella tensión corresponde a la tensión dealimentación declarada Uc.

Baja tensión (abreviatura: BT): Tensión utilizada para el suministro eléctrico, cuyovalor eficaz nominal es de 1 kV como máximo.

Media tensión (abreviatura: MT): Tensión utilizada para el suministro eléctrico, cuyovalor eficaz nominal está comprendido entre 1 kV y 36 kV.

Condiciones normales de explotación: Condiciones que permiten responder a lademanda de la carga, a las maniobras de red y a la eliminación de las faltas por lossistemas de protección automática, en ausencia de condiciones excepcionales debi-das a influencias exteriores o a casos de fuerza mayor.

Perturbación conducida: Fenómeno electromagnético propagado a lo largo de losconductores de las líneas de una red de distribución. En ciertos casos, un fenómenoelectromagnético se propaga a través de los arrollamientos de los transformadores y,por lo tanto, entre redes de diferentes niveles de tensión. Estas perturbaciones pue-den degradar las prestaciones de un aparato, de un equipo o de un sistema, o provo-car daños.

Frecuencia de la tensión de alimentación: Tasa de repetición de la componentefundamental de la tensión de alimentación, medida durante un intervalo de tiempodado.

Variación de tensión: Aumento o disminución de tensión, provocada normalmentepor la variación de la carga total de la red de distribución o de una parte de esa red.

Variación rápida de tensión: Una variación del valor eficaz de una tensión entre dosniveles consecutivos mantenidos durante intervalos de tiempo definidos pero no es-pecificados.

Fluctuación de tensión: Serie de variaciones de tensión o variación cíclica de laenvolvente de la tensión.

Parpadeo (Flicker): Impresión de inestabilidad de la sensación visual debida a unestímulo luminoso en el cual la luminosidad o la distribución espectral fluctúan en eltiempo.

Severidad del parpadeo: Intensidad de la molestia provocada por el parpadeo defi-nida por el método de medida UIE-CEI del parpadeo y evaluada según las cantidadessiguientes:

c Severidad de corta duración (Pst) medida en un periodo de 10 minutos;

c Severidad de larga duración (Plt) calculada a partir de una secuencia de 12 valoresde Pst en un intervalos de 2 horas, según la fórmula siguiente:

12

1

3

12==

i

stilt

PP Σ3


2


Anexo II: Definiciones(continuación)

Hueco de la tensión de alimentación: Disminución brusca de la tensión de la ali-mentación a un valor situado entre el 90% y el 1% de la tensión declarada Uc, seguidadel restablecimiento de la tensión después de un corto lapso de tiempo. Por conve-nio, un hueco de tensión dura de 10 ms a 1 min. La profundidad de un hueco detensión es definida como la diferencia entre la tensión eficaz mínima durante el huecode tensión y la tensión declarada. Las variaciones de tensión que no reducen la ten-sión de alimentación a un valor inferior al 90% de la tensión declarada Uc no sonconsideradas como huecos de tensión.

Interrupción de alimentación: Condición en la que la tensión en los puntos de sumi-nistro es inferior al 1% de la tensión declarada Uc. Una interrupción de alimentaciónpuede ser clasificada como:

c Prevista, cuando los clientes son informados de antemano para permitir la ejecu-ción de trabajos programados en la red de distribución.

c Accidental, cuando está provocada por defectos permanentes o fugitivos, la mayo-ría de las veces ligadas a sucesos exteriores, a averías o interferencias. Una interrup-ción accidental puede ser clasificada como:v Interrupción larga (sobrepasando 3 minutos) provocada por un defecto perma-nente.v Interrupción breve (hasta 3 minutos) provocada por un defecto fugitivo.

Sobretensión industrial a frecuencia industrial: Sobretensión de una duración rela-tivamente larga en un lugar dado.

Sobretensión transitoria: Sobretensión oscilatoria o no oscilatoria de corta duracióngeneralmente fuertemente amortiguada y que dura como máximo algunos milise-gundos.

Tensión armónica: Tensión sinusoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de lafrecuencia fundamental de la tensión de alimentación. Las tensiones armónicas pue-den ser evaluadas:

c Individualmente, según su amplitud relativa (uh) con relación a la tensión fundamen-tal U1, donde h presenta el orden del armónico.

c Globalmente, es decir, según el valor de la tasa de distorsión armónica total (THD)calculada utilizando la fórmula siguiente:

Tensión interarmónica: Tensión sinusoidal cuya frecuencia se sitúa entre las fre-cuencias de los armónicos, es decir, cuya frecuencia no es un múltiplo entero de lafrecuencia fundamental.

Desequilibrio de tensión: En un sistema trifásico, estado en el cual el valor eficaz delas tensiones de fases o los desfases no son iguales.

Señales de información transmitidas por la red: Señal superpuesta a la tensiónsuministrada, con objeto de transmitir informaciones por la red general de distribu-ción y a las instalaciones de los clientes. La red general de distribución permite trans-mitir los tres tipos de señales siguientes:

c Señales de telemando centralizado: tensión sinusoidal superpuesta en la gama 110a 3000 Hz.

c Señales de corriente portadora: tensión sinusoidal superpuesta en la gama 3 kHz a148,5 kHz.

c Señales de marcado de onda: impulsos (transitorios) de corta duración superpues-tos a la onda de tensión en instantes elegidos.

=40

2

2)(h

huTHD=Σ


2


Anexo II: Definiciones(continuación)

TIEPI: Es el tiempo de interrupción equivalente de la potencia instalada en mediatensión (1 kV < V ≤ 36 kV). Este índice se define mediante la siguiente expresión:

Donde:


PIi = Potencia instalada de los centros de transformación MT/BT del distribuidor másla potencia contratada en MT, afectada por la interrupción “i” de duración Hi (en kVA).

Hi = Tiempo de interrupción del suministro que afecta a la potencia PIi (en horas).


Las interrupciones que se considerarán en el cálculo del TIEPI serán las de duraciónsuperior a tres minutos.

Percentil 80 del TIEPI: Es el valor del TIEPI que no es superado por el 80 % de losmunicipios del ámbito provincial definidos.

NIEPI: Es el número de interrupciones equivalente de la potencia instalada en mediatensión (1 kV < V ≤ 36 kV). Este índice se define mediante la siguiente expresión:

Donde:


PIi = Potencia instalada de los centros de transformación MT/BT del distribuidor másla potencia contratada en MT, afectada por la interrupción “i” (en kVA).


Las interrupciones que se considerarán en el cálculo del NIEPI serán las de duraciónsuperior a tres minutos.

( )=

×=

PI

HPITIEPI

k

iii

1Σ

Σ

==PI

PINIEPI

k

ii

1Σ

Indice Complementos técnicos de Calidad de la Energía Internet/Catalogos de... · Variaciones de...

Documents

Transcript of Indice Complementos técnicos de Calidad de la Energía Internet/Catalogos de... · Variaciones de...