Calidad de energia electrica.docx

Universidad Técnica Nacional, Sede Pacífico

Instalaciones Eléctricas

Por: Juan José Solórzano Chan

Código: IEA-314

Grupo: 01

Grupo del lunes 6:00pm a 10:00pm

Proyecto Final de investigación: Calidad de Energía

Profesor: Ing. Carlos Ruiz R.

Presentado: Lunes 5 de agosto del 2013

Universidad Técnica Nacional Curso: Instalaciones Eléctricas

Sede Puntarenas Carrera: Ingeniería Eléctrica Proyecto: Calidad de Energía Estudiante: Juan José Solórzano

Tabla de contenido Objetivo General .................................................................................................................... 4 Objetivos específicos .............................................................................................................. 4 Calidad de Energía ................................................................................................................. 5 ¿En qué consiste? ............................................................................................................... 5 ¿Por qué es importante? ..................................................................................................... 5 Consideraciones sobre la distribución de la energía eléctrica ................................................ 7 Los niveles de voltaje y configuraciones ................................................................................ 7 Conexión a Tierra ................................................................................................................... 8 Perturbaciones en el sistema eléctrico .................................................................................... 8 Impulso ........................................................................................................................... 8 Armónicas .................................................................................................................... 10 Notching .................. ............................ ................... .................. .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. .................. ......... 11 Ruido ............................................................................................................................ 11 Conclusión ............................................................................................................................ 13 Recomendaciones ................................................................................................................. 14 Anexos .................................................................................................................................. 15 Bibliografía ........................................................................................................................... 16

Calidad de Energía

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Introducción La calidad de energía se define como cualquier problema de potencia que se manifieste como una variación en la tensión, corriente o frecuencia y cuyo resultado sean fallas o una mala operación de los equipos del usuario. En los últimos años, se han introducido gran cantidad de equipos electrónicos en los sistemas eléctricos. Debido a que estos equipos funcionan con diferentes niveles de voltajes, corriente y frecuencia, por lo que es importante estudiar la importancia de la calidad de energía, el cual es un factor indispensable para el buen funcionamiento de equipos y mantener una alta confiabilidad co nfiabilidad en los sistemas de potencias.

Calidad de Energía

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Objetivo General Realizar una investigación sobre el tema de Calidad de Energía Eléctrica

Objetivos específicos 

Definición de Calidad de Energía, la importancia de esta misma y su consistencia.

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Conocer sobre la distribución de la energía y para que funciona la conexión a tierra.

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Investigar las perturbaciones que generalmente ocurren en el sistema eléctrico.

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Recomendaciones para evitar pérdidas económicas y materiales.

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Calidad de Energía El concepto de calidad: “Es la satisfacción del consumidor respecto al producto qu e compra.” La calidad de energía eléctrica desde el punto de vista teórico: “Es la energía que se suministra con tensiones equilibradas, senoidales, con amplitud y frecuencia constante.” Calidad de energía eléctrica desde el punto de vista práctico: “Energía eléctrica de buena calidad es aquella que garantice el buen funcionamiento continuo, seguro y adecuado de los equipos eléctricos y procesos asociados, sin afectar el medio ambiente y el bienestar de las personas” ¿En qué consiste? La calidad de suministro eléctrico consiste en la combinación de las variaciones en la tensión, corriente y frecuencia del sistema eléctrico que afectan adversamente al equipo eléctrico y electrónico. Esta debe asegurar la continuidad y la confiabilidad de operación de la tecnología al servicio de su empresa.

¿Por qué es importante? El crecimiento en la fabricación y en la utilización de dispositivos electrónicos sensibles en las industrias, así como el aumento de cargas no lineales en las mismas, ha traído consigo una serie de nuevos retos tanto para las empresas proveedoras de servicios eléctricos como para los consumidores de la energía en ergía eléctrica.

Estos retos, traen traen una serie de problemas que afectan el funcionamiento del equipo eléctrico instalado instalado en el cliente cliente final de una empresa eléctrica, se resume en un solo término: La Calidad de Energía. Este tema ha tomado gran relevancia en el campo de la ingeniería eléctrica, debido a la evaluación de los sistemas eléctricos y su calidad de energía resulta importante tanto por factores técnicos como económicos, en los cuales se pueden mencionar: 

Aumento en la vida útil de los equipos.

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Funcionamiento eficiente de los mismos.

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Se reduce el riesgo de demandas.

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Menor riesgo de fallas, mejor estado de operación.

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Con una buena calidad de energía el consumidor ya sea en una residencia, comercio o industria y los niveles de potencia, háblese de tensión, corriente o frecuencia estarán dentro de los valores adecuados para el buen funcionamiento de los equipos. ¿Qué es un problema de Calidad de Energía?

Podemos decir que existe un problema problema de calidad de la energía eléctrica cuando ocurre cualquier desviación de la tensión, la corriente o la frecuencia que provoque la mala operación de los equipos y deteriore la economía o el bienestar de los usuarios, e igual cuando ocurre una interrupción en el flujo de la energía eléctrica.

¿Cómo afecta la calidad de energía la operación del equipo eléctrico?

La calidad de energía, es el grado en el cual la utilización y el suministro de potencia eléctrica afectan la operación del equipo eléctrico. Otra forma para describir la calidad de energía es en términos de voltaje. Cualquier desviación de la magnitud o frecuencia de la onda senoidal de voltaje puede ser considerada como un disturbio en la calidad de energía. Cuando se usan estas definiciones, es importante n o pasar por alto los siguientes factores: 

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Rango de aceptación en el diseño de equipos eléctricos sensibles y compatibles con el sistema. Selección, instalación y conexión a tierra de equipos eléctricos. La mejor medición de la calidad de energía es la capacidad del equipo eléctrico para operar de una manera satisfactoria, dándole su propio cuidado y mantenimiento. La carga deberá ser seleccionada y adaptada para ser compatible con el sistema eléctrico. Los factores que más contribuyen a los problemas asociados con la calidad de energía son los siguientes:   

Cargas sensibles. Complejidad de equipos e instalaciones. Equipos que provocan disturbios.

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Consideraciones Consideraciones sobre la distribución de la energía eléctrica Como se sabe, la potencia eléctrica se genera en varias centrales distantes entre sí y el de centros de consumo, eléctricamente y geográficamente se envía hacia los centros de consumo en alta tensión a través del sistema de transmisión, de donde se toma del sistema de transmisión y se envía por medio del sistema de subtransmisión hacia las redes de distribución donde se distribuye localmente. El voltaje del sistema local de distribución distribución se reduce a un nivel apropiado y se conecta a la acometida del usuario.

Los niveles de voltaje y configuraciones  

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La energía suministrada al usuario puede ser mono fásica o trifásica. La energía monofásica se suministra usualmente para usuarios residenciales, de oficina y comercios pequeños. El nivel de voltaje típico para la alimentación monofásica es de 127/220 V La alimentación trifásica se proporción generalmente a usuarios comerciales, agrícolas e industriales de consumos mayores. Los niveles de voltaje para alimentaciones trifásicas para usuarios comerciales e industriales en baja tensión son de 220, 440 y 480 V, medidos de fase a fase.

La distribución de la energía eléctrica al usuario 

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La alimentación eléctrica llega al usuario a través de la acometida y pasa a través del medidor al centro de carga (también conocido como “caja de fusibles, fusibles, “tablero de interruptores”.) En sistemas de distribución distribución grandes, estos centros de carga pueden alimentar a su vez a otros centros de carga. Se utiliza un transformador si se requiere un voltaje diferente o aislarse del resto del sistema de distribución. El transformador crea efectivamente un nuevo sistema de alimentación y un nuevo punto de conexión a tierra neutro.

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Conexión a Tierra La conexión a tierra es uno de los aspectos más importantes en un sistema de distribución de energía eléctrica, pero también de los que menos importancia se les da.

La conexión a tierra se ha establecido de una manera eficiente y sirve para los siguientes propósitos:   

Proteger la vida de las personas de un shock eléctrico y a la propiedad de daños. Limitar el voltaje de un circuito cuando es expuesto a voltajes más altos de los que fue diseñado. Facilita la operación de aparatos y sistemas eléctricos.

Perturbaciones en el sistema eléctrico Una fuente de suministro de energía perfecta sería aquella que estuviese siempre disponible, dentro de las tolerancias de tensión y frecuencia exigibles y que presente un perfil de onda perfectamente senoidal libre de perturbaciones. Las perturbaciones en el sistema son variaciones generalmente temporales en la tensión del sistema, pueden causar mala operación o fallas del equipo o sistema. A continuación se mencionan tipos de perturbaciones en el sistema eléctrico

1. Transitorios (cambios repentinos en las condiciones de la red)

Impulso 

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Es un cambio repentino de potencia a una frecuencia distinta de la fundamental, es unidireccional en su polaridad (+ ó -). La causa más común son las descargas atmosféricas. Estas involucran altas frecuencias que son amortiguadas por la componente resistiva del circuito por lo que no son conducidas a largas distancias de la fuente. Pueden excitar la resonancia de los circuitos y producir transitorios.

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Gráfica 1.1 Transitorios Impulsivos

Fuente: Tomado de la Norma IEEE Estándar 1159 de 1995

Oscilatorios  

Son transitorios cuyo valor instantáneo de voltaje cambia rápidamen te de polaridad. Son ocasionados por maniobras de equipos, como maniobras de líneas, bancos de capacitores. Cada uno de ellos tiene un rango de tiempo y de frecuencia característica. Tabla 1.2

Categoría Baja frecuencia Media frecuencia Alta frecuencia

Magnitud 5 KHz 5-500 KHz 0-5-5 KHz

Duración Típica 0,3 - 50μMs 20 μ seg. 5 μ seg.

Fuente: El ABC de la calidad de energía eléctrica Enrique Harper

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Gráfica 1.3 Transitorios Oscilatorios

Fuente: Tomado de la Norma IEEE Estándar 1159 de 1995

Interrupciones de servicio 

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Son los decrementos de voltajes de alimentación por un periodo de tiempo que excede a 1 minuto. Regularmente son fallas de naturaleza permanente, que es necesario la intervención manual para su restauración.

2. Distorsión de la forma de Onda Armónicas  



Son una distorsión o deformación recurrente de la forma de onda Puede ser causada por varios dispositivos sobre todo electrónicos, excitadores de frecuencia variable, fuentes de poder no-lineal. Síntomas de presencia de distorsión armónica incluyen sobrecalentamiento, y problemas operacionales con los equipos alimentados.

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Gráfica 2.1 Representación gráfica de una distorsión armónica en un sistema.

Notching 

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Es un disturbio periódico del voltaje causado por la operación normal de aparatos de electrónica de potencia cuando se realiza la conmutación de una fase a otra. Este fenómeno es causado frecuentemente por conmutadores electrónicos que no funcionan correctamente como es el caso del UPS e incluso estabilizadores de voltaje.

Gráfica 2.2 Representación gráfica del efecto notching en un sistema.

Ruido 

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

Son señales eléctricas en un ancho de banda menor a 200 kHz superpuestas a la señal fundamental de corriente o voltaje del sistema. Causado por perturbaciones en la alimentación comercial o por equipos tales como soldadoras eléctricas, cajas de conmutación, inversores, drives y transmisores. Un ruido frecuente o de altos niveles puede causar malfuncionamiento en los equipos alimentados. Calidad de Energía

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Grafica 2.3 Representación gráfica del efecto de ruido en un sistema.

3.

Fluctuaciones de Tensión o Voltaje

Significa una disminución momentánea en la magnitud del voltaje rms, con duración que va desde 10ms (0.6 ciclos) hasta 2.5s (150 ciclos), causado por una falla remota en algún lugar del sistema de potencia. Las condiciones de alto o bajo voltaje pueden representarse en circuitos durante la desconexión de cargas de gran tamaño o durante periodos de sobrecargas. 4. Variaciones en la Frecuencia

La frecuencia de un sistema está definida por la relación entre la carga y la capacidad disponible de generación, si este balance cambia se presentan pequeños cambios en la frecuencia. La duración y magnitud de los cambios dependen de las características de la carga y de la respuesta del sistema ante dichos cambios.

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Conclusión En la actualidad para nadie es un secreto que el servicio de energía eléctrica es un negocio, la calidad de la energía eléctrica es una responsabilidad de las empresas que prestan este servicio, sin embargo los consumidores forman parte del uso de esta energía por lo tanto son un factor incidente de contaminación a la red, lo que resulta una responsabilidad importante importante a observar la clase de servicio que solicite mediante un contrato en dicha empresa. La calidad de energía resulta ser un factor importante ahora que la sociedad se ve consumida en la tecnología y todo artefacto eléctrico y electrónico funciona con cierto rango de energía, esto conlleva a la no observación de los indicadores requeridos de energía implica el crecimiento de averías, perdidas y daños económicos.

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Recomendaciones

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Durante una suspensión suspensión del servicio de energía eléctrica, desconectar equipo eléctrico que considere que puede dañarse al momento de la restauración, evitando así pérdidas materiales y económicas. Acatar indicaciones que ofrece la compañía que nos brinda el servicio eléctrico ya que son para nuestro bienestar. Ser comprensivo cuando realizan alguna suspensión debidamente informada con anticipación, ya que están trabajando para mejorar el servicio eléctrico. Hacer uso de este servicio de manera correcta y responsable.

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Anexos IEEE: The Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos).

RMS: Raíz Media Cuadrática. UPS: Uninterruptible Power Supplies (Fuentes de potencia ininterrumpida). CA: Corriente Alterna. Acometida: Es la instalación eléctrica que va del terminal de derivación hasta el interruptor principal de la instalación eléctrica. Es el medio por el cual se suministra la energía eléctrica a la instalación del usuario.

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Bibliografía Libros: 1. Gilberto Enrique Harper, (2006). El ABC de la calidad de energía eléctrica. México D.F. 2. Dugan, R; McGranaghan, M; Santoso, S; Beaty, W. Electrical Power Systems Quality, 2 Edición, McGraw Hill, Estados Unidos de America, 1996.

Páginas Web: Los gráficos correspondientes a los disturbios en el sistema eléctrico de distorsión de la forma de onda, notching y ruido fueron obtenidos de la siguiente página: http://www.fuzzycontrolsac.com/articulos/articulo1.htm

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