Perturbaciones de Tension Norma en 50160

Guía de Calidad de la Energía Eléctrica

Perturbaciones de Tensión

5.4.2

Norma EN 50160 Características de la tensión suministrada porr la po lass redes generale generaless de dis distri tribuc bución ión

voltage dip, Dt > 10 ms short supply interruption Dt < 3 mins

P e r t u r b a c i o n e s d e T e n s i ó n

Perturbaciones de Tensión Norma EN 50160-

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución Henryk Markiewicz & Antoni Klajn Wroclaw University of Technology Julio 2004 Esta Guía ha sido publicada como parte de la Iniciativa Leonardo para la Calidad de la Energía Eléctrica (LPQI), un programa europeo de formación y educación respaldado por la Comisión Europea (dentro del Programa Leonardo da Vinci) y la International Copper Association. Para más información sobre LPQI visite www.lpqi.org.

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Perturbaciones de Tensión Nota - La norma UNE-EN 50160, publicada en enero de 2001, es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN 50160, publicada por CENELEC en noviembre de 1999. Los miembros del CENELEC están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC, que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse sin modificación la norma europea como norma nacional.

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

Norma EN 50160 Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución Introducción La energía eléctrica es un producto y, como cualquier otro producto, debe satisfacer unos requisitos de calidad adecuados. Para que un equipo funcione correctamente, es preciso que se le suministre energía eléctrica a una tensión que esté dentro de un determinado intervalo alrededor del valor nominal. Una importante parte de los equipos que se utilizan actualmente, especialmente los dispositivos electrónicos y ordenadores, requieren una buena calidad de la energía (PQ). Sin embargo, con frecuencia, estos mismos equipos causan una distorsión en la tensión que alimenta a la instalación, debido a sus características no lineales, es decir, producen una corriente no senoidal con una tensión de entrada senoidal (véase la Sección 3.1 de esta Guía). Por lo tanto, mantener una Calidad de la Energía satisfactoria es una responsabilidad conjunta del proveedor y del usuario de la electricidad. Según la Norma EN 50160 [1] el proveedor es la parte que proporciona electricidad a través de un sistema de distribución público y el usuario o cliente es el comprador de la electricidad al proveedor. El usuario tiene derecho a recibir del proveedor una calidad de la energía adecuada. En la práctica, el nivel de la Calidad de la Energía es un compromiso entre el usuario y el proveedor. Cuando la Calidad de la Energía disponible no es suficiente para satisfacer las necesidades del usuario, será necesario aplicar medidas de mejora de la misma que deberán ser objeto de un análisis de coste-beneficio (véase la Sección 2.5 de esta Guía). Sin embargo, el coste de una mala Calidad de la Energía normalmente supera el coste de las medidas necesarias para su mejora —se estima que las pérdidas causadas por la mala calidad de la energía cuestan a la industria y al comercio de la UE unos 10.000 millones de € por año (véase la Sección 2.1 de esta Guía). Por otro lado, la energía eléctrica es un producto muy específico. La posibilidad de almacenar electricidad en una cantidad significativa es muy limitada, por lo que debe consumirse a medida que se genera. La medición de la Calidad de la Energía es complicada, ya que el proveedor y el usuario, cuyos equipos eléctricos sensibles son también fuente de perturbaciones, tienen perspectivas diferentes. La Norma IEC 038 [2] distingue dos tensiones diferentes en las redes e instalaciones eléctricas: 

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



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

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

1

Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución

Desde el punto de vista del usuario , lo importante es la calidad de la energía disponible para sus equipos. El correcto funcionamiento de dichos equipos exige que el nivel de las perturbaciones electromagnéticas que lleguen a ellos se mantenga por debajo de ciertos límites. Los equipos se pueden ver afectados por perturbaciones que procedan del suministro o de otros equipos presentes en la instalación, así como los propios equipos pueden afectar a la calidad del suministro. Estos problemas están contemplados en las normas EMC de la serie EN 61000, en los que se especifican los límites de las perturbaciones conductivas admisibles. La sensibilidad de los equipos a la calidad de la tensión de servicio, así como las medidas paliativas, se exponen en al Sección 3 (Armónicos) y en la Sección 5 (Perturbaciones de Tensión) de esta Guía. El tema de esta sección es una presentación detallada de la Norma EN 50160 y un análisis de sus requisitos según el funcionamiento de determinados equipos. Asimismo se exponen los métodos para la medición de los parámetros de tensión de entrada.

Definiciones básicas de los parámetros de tensión En la Norma EN 50160 (en España UNE-EN 50160) se definen varios parámetros de tensión. Los más importantes son: Tensión de alimentación – es el valor eficaz de la tensión en un momento determinado, en el punto de acoplamiento común, medido durante un determinado intervalo de tiempo dado. Tensión nominal de una red (U n ) – es la tensión por la cual se designa o identifica un sistema y que sirve de referencia para determinadas características de funcionamiento. c – generalmente es la tensión nominal U del sistema. Si, por acuerdo enTensión de entrada declarada (U ) n tre el proveedor y el usuario, se aplica al terminal una tensión diferente de la nominal, esta tensión es la tensión de entrada declarada.

Condiciones normales de funcionamiento – son las condiciones que permiten satisfacer la demanda de la carga, las maniobras de la red y la eliminación de los fallos por el sistema automático de protección, en ausencia de condiciones excepcionales debidas a influencias externas o a causas de fuerza mayor. Variación de tensión – es un aumento o disminución de la tensión debida normalmente a la variación de la carga total de la red de distribución o de una parte de esa red. Parpadeo (flicker) – impresión de inestabilidad de la sensación visual debida a un estímulo luminoso, en el cual la luminancia o distribución espectral fluctúan en el tiempo. Severidad del parpadeo – intensidad de la molestia producida por el parpadeo, definida mediante el método de medición del parpadeo de UIE-IEC y evaluada por medio de las magnitudes siguientes: t medida en un período de diez minutos. Severidad de corta duración (P s )

t calculada a partir de una secuencia de 12 valores de P Severidad a largo plazo (P l ) st medidos en un intervalo de dos horas según la siguiente expresión: 12

P lt = 3

P sti 3

Σ 12

(1)

i= l

Hueco de la tensión de alimentación – disminución brusca de la tensión de alimentación hasta un valor situado entre el 90% y el 1% de la tensión declarada U c, seguida del restablecimiento de la tensión después de un período de tiempo corto. Convencionalmente la duración de un hueco de tensión está comprendida entre 10 ms y 1 minuto. La profundidad de la caída de tensión se define como la diferencia entre la tensión eficaz mínima durante el hueco de tensión y la tensión declarada. Las variaciones de tensión que no reducen la tensión de entrada a menos de un 90% de la tensión declarada U c no se consideran huecos de tensión.

2


Interrupción del suministro – es una condición en que la tensión en los terminales de entrada es inferior al 1% de la tensión declarada U c. Las interrupciones de suministro se clasifican en: 

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



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

Sobretensiones temporales a la frecuencia de la red – tienen una duración relativamente larga, normalmente de unos cuantos periodos de frecuencia de la red, y se originan principalmente por operaciones o fallos de conmutación, p.ej. una reducción brusca de la carga, o por la desconexión de cortocircuitos. Sobretensiones transitorias – son sobretensiones oscilatorias o no oscilatorias de corta duración, generalmente fuertemente amortiguadas que duran como máximo unos pocos milisegundos, o menos, originadas por ra yos o por algunas operaciones de conmutación, por ejemplo la interrupción de una corriente inductiva. Tensión armónica – Es una tensión senoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la tensión de alimentación. Las tensiones armónicas pueden evaluarse: 

Individualmente, por su amplitud relativa U h con relación a la tensión fundamental U 1, donde h es el orden del armónico.



Globalmente , es decir, según el valor de la tasa de distorsión armónica total de la tensión THD U , calculada mediante la siguiente expresión: 40

THD u =

Σ h =2

(U h )2

(2)

U 1

Tensión interarmónica – es una tensión senoidal cuya frecuencia se sitúa entre las frecuencias de los armónicos, es decir, la frecuencia es un múltiplo no entero de la fundamental. Desequilibrio de Tensión – es una condición en la que los valores eficaces de las tensiones de fase o de los ángulos de fase entre fases consecutivas de un sistema trifásico no son iguales.

Requisitos principales de la norma EN 50160 La norma EN 50160 proporciona los principales parámetros de tensión y los correspondientes márgenes de desviación permisibles en el punto de acoplamiento común (PCC) del usuario en sistemas públicos de distribución de electricidad en baja tensión (BT) y de media tensión (MT), en condiciones de funcionamiento normales. En este contexto, BT significa que la tensión eficaz nominal entre fases no supera los 1000 V y MT significa que el valor eficaz nominal está comprendido entre 1 kV y 35 kV. La comparación de las exigencias de la Norma EN 50160 con las especificaciones de las normas EMC de la serie EN 61000, que se relacionan en las Tablas 1 y 2, muestra diferencias significativas en varios parámetros. Estas diferencias se deben a dos razones principales: 

Las especificaciones de las normas EMC se refieren a la tensión de servicio, según IEC 038, mientras que la Norma EN 50160 hace referencia a la tensión de suministro. Las diferencias entre estas tensiones se deben a las caídas de tensión en la instalación y a las perturbaciones que se originan en la red o en otros equipos de la instalación. Por este motivo, en muchas normas de la serie EN 61000 la corriente del equipo es un parámetro importante, mientras que la corriente de carga no es relevante para la norma EN 50160.



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

3


No

Parámetro

Características de la tensión de entrada según la Norma EN 50160

Características de Baja Tensión según la serie EN 61000 de EMC EN 61000-2-2

Otras normas

1

Frecuencia

BT, MT: valor medio de la fundamental medida a lo largo de 10 seg. ±1% (49,5 – 50,5 Hz) durante el 99,5% de la semana - 6%/+4% (47 – 52 Hz) durante el 100% de la semana

2%

2

Variaciones de la tensión suministrada

BT, MT: ±10% durante el 95% de la semana, media de valores eficaces medidos en periodos de 10 minutos (Figura 1)

3

Cambios bruscos de tensión

BT: 5% normal 10% infrecuente Plt ≤ 1 para el 95% de la semana MT: 4% normal 6% infrecuente Plt ≤ 1 para el 95% de la semana

3% normal 8% infrecuente Pst < 1,0 Plt < 0,8

3% normal 4% máximo Pst < 1,0 Plt < 0,65 (EN 61000-61, 6-2) hasta 60% durante 1000 ms (EN 61000-6-2)

4

Huecos en la tensión suministrada.

La mayoría: duración <1 seg., caída <60% Caídas locales limitadas causadas por una carga al conectarse: BT: 10 – 50%, MT: 10 – 50% (Figura 1)

Zonas urbanas: 1 – 4 meses

Hasta el 30% durante 10 ms Hasta el 60% durante 100 ms (EN 61000-6-1, 6-2) hasta 60% durante 1000 ms (EN 61000-6-2)

5

Interrupción breve de la tensión de suministro

BT, MT: (hasta 3 minutos) Pocas decenas – pocas centenas / año Duración del 70% de las interrupciones < 1 seg.

6

Interrupción prolongada BT, MT: (mayor de 3 minutos) de la tensión de <10 – 50/año suministro

7

Sobretensión temporal a la frecuencia de la red

BT: <1,5 KV rms MT:1,7 Uc (directamente a tierra o a través de una impedancia) 2,0 Uc (sin toma de tierra o tierra compensada)

8

Sobretensiones transitorias

BT: generalmente < 6kV, ocasionalmente mayor, tiempo de subida: ms - µs. MT: No definido

9

Desequilibrio de tensión de suministro

BT, MT hasta 2% durante el 95% de la semana, media de valores eficaces medidos en periodos de 10 minutos, hasta el 3% en algunos lugares

2%

2% (IEC 61000-2-12)

10

Tensión armónica

BT, MT: véase Tabla 2

6%-5º; 5%-7º; 3,5%11%; 3%-13º; THD < 8%

5%-3º; 6%-5º; 5%-7º; 1,5%-9º; 3,5%-11º; 3%-13º; 0,3%-15º; 2%-17º (EN 61000-3-2)

11

Tensión interarmónica

BT, MT: en estudio

0.2%

±10% aplicado durante 15 minutos

Reducción del 95% durante 5 seg. (EN 61000-6-1, 6-2)

± 2 kV, fase a tierra ± 1 kV, fase a fase 1,2/50(8/20) Tr/Th µs (EN 61000-2-12)

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

4




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

Condiciones que se producen como consecuencia de un fallo temporal o de una avería en el suministro.



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



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



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

Condiciones climatológicas excepcionales u otros desastres naturales.

-

Interferencias de terceros.

- Actuaciones - Acción

de las autoridades públicas.

industrial (sometida a requerimientos legales).

-

Causas de fuerza mayor.

-

Cortes de energía causados por incidentes externos.

Como muestra el análisis de los parámetros presentados en al Tabla 1, estos requisitos no son especialmente rigurosos para el proveedor. Las numerosas situaciones en las que la norma no es aplicable pueden excusar la mayoría de los cortes de energía y las perturbación de la tensión que se presentan en la práctica. Por lo tanto, muchos suministradores interpretan los requisitos de EN 50160 como meramente informativos y no aceptan responsabilidad alguna cuando se superan los límites. Por otra parte, normalmente el punto de vista de los consumidores es totalmente distinto —consideran los límites establecidos por la Norma EN 50160 como requisitos que deben ser garantizados por el proveedor. Sin embargo, como ya hemos mencionado, para muchos consumidores, incluso el cumplimiento de los requisitos dados por EN 50160 no asegura un nivel satisfactorio de Calidad de la Energía. En estos casos el nivel de Calidad de la Energía requerido debe definirse en un acuerdo pactado entre proveedor y consumidor.

Armónicos impares No múltiplos de 3

Armónicos pares

Múltiplos de 3

Orden h

Tensión relativa (%)

Orden h


Orden h


5

6

3

5

2

2

7

5

9

1,5

4

1

11

3,5

15

0,5

6 .... 24

0,5

13

3

21

0,5

17

2

19

1.5

23

1.5

25

1.5

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

5


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

Interrupción de suministro eléctrico de corta duración ∆t < 3 mins

Hueco de tensión, ∆t > 10 ms

Figura 1 -Ilustración de un hueco de tensión y de una interrupción breve del suministro eléctrico, clasificadas según EN 50160. U n – tensión nomina del sistema de alimentación eléctrica (rms), U A – amplitud de la tensión de suministro, U(rms) – valor eficaz de la tensión e entrada.

Funcionamiento de los equipos y prescripciones de la EN 50160 El funcionamiento correcto de los equipos eléctricos requiere una tensión de suministro tan próxima a la tensión nominal como sea posible. Incluso desviaciones relativamente pequeñas respecto al valor nominal pueden provocar un funcionamiento no óptimo de los equipos; por ejemplo una reducción de su rendimiento, o un mayor consumo de energía con calentamientos adicionales y reducción de su vida útil. A veces, desviaciones prolongadas pueden provocar el funcionamiento intempestivo de los dispositivos de protección, interrumpiendo el suministro de energía. Por supuesto, el correcto funcionamiento de los equipos depende también de muchos otros factores, como las condiciones medioambientales y su adecuada selección e instalación.

o v i t a l e r o j u l F

Lámpara de incandescencia Lámpara de descarga

Tensión nominal relativa

Figura 2 - Valor relativo del flujo luminoso F de una lámpara incandescente y de una lámpara de descarga en función de la tensión de entrada según la fórmula (3)

La investigación, por separado, de la influencia de cada parámetro de la tensión de suministro sobre el funcionamiento de los equipos se lleva a cabo con facilidad, pero cuando los parámetros varían simultáneamente la situación es mucho más compleja. En algunos casos, tras un detallado análisis de los efectos de cada uno de los diferentes parámetros de la tensión, los resultados pueden superponerse con el fin de estimar la influencia total de varios de ellos. La influencia de un determinado parámetro de tensión sobre el funcionamiento de los equipos se determina en base a determinadas formulas matemáticas que describen los fenómenos físicos analizados. A continuación se presentan dos simples ejemplos relativos a iluminación y motores:

6


Para las fuentes de luz de incandescencia , la tensión de entrada tiene una influencia muy importante sobre el flujo luminoso, como se muestra en la Figura 2 y con la fórmula (3). Las variaciones aceptables de la tensión de suministro, de acuerdo con EN 50160 o v i t pueden producir, por tanto, notables a l e r variaciones del flujo luminoso. La EN a d i 50160 permite, por ejemplo, que la ten v e d sión de suministro pueda ser igual a o p U n -±10% durante un período prolon m e i T gado, por lo que una lámpara de incandescencia puede emitir desde un mínimo del 70% hasta un máximo del 140% de su flujo luminoso nominal, respectivamente. Además, con U n +10%, la vida útil de estas lámparas se reduce aproxiTensión nominal relativa madamente al 25% de su valor nominal (Figura 3), es decir, a unas 250 horas en Figura 3 - Valor relativo de la vida útil (durabilidad) de lugar de las 1000 horas que son su duración normal. (Recuérdese que la duuna lámpara incandescente en función de la tensión rabilidad de las lámparas fluorescentes de entrada, según la fórmula (4) y de descarga depende principalmente del número de ciclos de activación. El efecto de las variaciones de la tensión de entrada es pequeño.) Los valores mostrados en las Figuras 2 y 3 están calculados para una tensión de funcionamiento constante al valor dado.

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

b

( )

=

U

(3)

U n

donde: F = flujo luminoso U = tensión de entrada F n = flujo luminoso correspondiente al valor nominal de la tensión de entrada U n b = coeficiente igual a 3,6 para lámparas incandescentes y 1,8 para lámparas de descarga D D n

( )

=

U

-14

(4)

U n

donde: D = vida útil (durabilidad) de la lámpara incandescente D n = durabilidad correspondiente al valor nominal de la tensión de entrada U n

Como se puede ver, los requisitos de la EN 50160 relativos a las variaciones de tensión no son muy rigurosos. Incluso si se mantienen las variaciones de tensión dentro de los límites permisibles de ±10% se puede producir un bajo rendimiento de las fuentes de iluminación. En la práctica estas variaciones deben limitarse en torno a ±(3-4)% a fin de evitar consecuencias negativas en la iluminación. Las fluctuaciones de tensión mostradas en la Figura 4 ilustran la influencia de la tensión en la severidad del parpadeo (flicker), que puede ser medida y calculada por medio de la fórmula (1). La medición del parpadeo se trata en otra sección de esta Guía.

7


Figura 4 - Ejemplos de caídas de tensión (tensiones eficaces de fase a neutro); oscilogramas que muestran las variaciones de la tensión de entrada (traza superior) y de la frecuencia (traza inferior) en el punto de acoplamiento común de una pequeña fábrica. Para los motores eléctricos el factor más importante es la fluctuación del par motor, que depende del cuadrado del valor de la tensión de entrada. Pueden presentarse problemas durante el arranque de grandes cargas, porque la elevada corriente incidente provoca una caída de tensión adicional en la instalación (Figura 5). En la práctica, en la mayoría de los motores eléctricos trifásicos el arranque se produce normalmente como mínimo al 85% de la tensión nominal con cargas de arranque grandes y como mínimo al 70% para cargas de arranque pequeñas. Por lo tanto, en este caso, los requisitos de fluctuación de la tensión de la EN 50160 son satisfactorios. Sin embargo, el funcionamiento prolongado de un motor a un valor de tensión eficaz de –10% o de +10% de U n puede producir otras consecuencias negativas: sobrecarga y entrada en funcionamiento de la protección térmica en el primer caso, o funcionamiento con una potencia excesiva y la desconexión de la protección en el segundo caso. Todas las caídas de tensión pueden provocar una actuación anómala de la protección del motor.

La influencia de la corriente de carga sobre la tensión de entrada en la instalación depende de la impedancia de la red de alimentación. La tensión de utilización en el equipo depende de la impedancia de la red de alimentación y de la de la instalación del cliente. En la Figura 6 se ilustra la influencia de la corriente de carga sobre la tensión de entrada. Figura 5 - Ejemplo de variaciones de tensión (traza superior) en el arranque de un motor asíncrono. Traza inferior – corriente de carga en la instalación alimentada de una pequeña fábrica. El pico al final de la traza de corriente corresponde al proceso de irrupción

Otra causa de problemas importantes en los motores son los armónicos de tensión y el desequilibrio de la tensión de entrada. El desequilibrio de la tensión de entrada en un sistema trifásico produce un par motor opuesto proporcional a la componente de tensión de secuencia negativa. Cada armónico

8


de tensión produce la correspondiente corriente armónica y su propio par motor, que puede ser coherente u opuesto al par motor principal para distintos valores del desplazamiento de fase. Los mas importantes aquí son los 5º y 7º armónicos. La figura 7 ilustra un caso en que el par motor del 7º armónico puede producir problemas durante el arranque del motor, donde se cruzan las curvas características del par motor y del par de frenado. Para otros equipos eléctricos la relación entre la tensión de alimentación y su potencia o eficiencia puede ser significativa. Para la mayoría de los equipos, los cambios de tensión en el rango (0,9 – 1,1) U n no producen ninguna consecuencia negativa, especialmente en el caso de dispositivos de calefacción comunes. Para equipos con una mayor sensibilidad a la tensión de entrada debe instalarse una protección adecuada.

Figura 6 - Ilustración de la influencia de la corriente de carga sobre las caídas de tensión de entrada en la instalación eléctrica

Métodos de medida

La medida y verificación de la calidad de la tensión de entrada, según EN 50160, requiere el empleo de aparatos y métodos de medida especializados (véanse las Secciones 3.2 y 5.2 de esta Guía). Este procedimiento permite la supervisión continua, a lo largo de 7 días, de los parámetros siguientes: 

Tensión en las tres fases.



Frecuencia.



Coeficiente de distorsión armónica total THD U .



Coeficiente de desequilibrio de tensión, que es un múltiplo de las componentes de tensión de secuencia negativa y positiva.



Variaciones de tensión rápidas y lentas, que se definen como factores de severidad de oscilación a corto plazo (P st ) y a largo plazo (P lt ) (ecuación 1).

r a P

Par motor debido a la frecuencia fundamental

Par resultante

Par debido al 5º armónico

Par de frenado (de carga) Par debido al 7º armónico Velocidad

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

9


Este tipo de equipos permite también la medición de las caídas y cortes de tensión, así como su frecuencia y duración. Los parámetros medidos se procesan y registran en segmentos de 10 minutos (1008 segmentos a lo largo de 7 días). En cada segmento se calcula el valor medio del parámetro medido. Tras el periodo de 7 días se obtiene el llamado “diagrama ordenado”, que muestra la suma de la duración de un determinado nivel de distorsión en el período de tiempo observado. (Para la medida de frecuencia, la duración de cada segmento individual es de 10 segundos). En la Figura 8 se muestra un ejemplo de diagrama ordenado. En él se ve claramente si los parámetros de tensión medidos se han mantenido al nivel permisible durante el 95% del tiempo de la prueba. (Tabla 1).

) % ( u

D H T

5% t

Muestra ordenada

Figura 8 - Ejemplo de diagrama ordenado del coeficiente de distorsión armónica total medido en subestaciones que suministran a redes de baja tensión industriales (1 y 3) y municipal (2)

Normativas de algunos países Como ya hemos mencionado, mientras que la serie de normas EN 50160 da unos límites generales para las redes de distribución pública, algunos países europeos disponen de normativas adicionales que regulan las condiciones del suministro. Muchas de estas normativas nacionales cubren áreas no incluidas en EN 50160, tal como la máxima carga armónica permisible para conectarse al punto de acoplamiento común. La norma nacional alemana VDE 0100 establece que los parámetros de tensión definidos en la Norma DIN EN 50160 reflejan situaciones extremas en la red y no son representativos de las condiciones normales. En la planificación de las redes se deben seguir las recomendaciones de la VDE 0100. Uno de los requisitos técnicos de conexión - TAB [3] - establece valores máximos (por unidad) para las cargas resistivas controladas por ángulo de fase (1700 VA en monofásico, 3300 VA en bifásico y 5000 VA en trifásico equilibrado). También se cita la norma para equipos VDE 0838 (EN 60555). En Polonia , las normas de distribución de energía eléctrica establecidas por el gobierno [4] establecen los parámetros fundamentales de la tensión de entrada (Tabla 3) y no se hace referencia a la EN 50160. Además, los consumidores están divididos en seis grupos, para los que se definen distintos tiempos totales permisibles de corte de suministro eléctrico. El documento también trata en detalle diversos aspectos económicos del mercado de la energía, principios de resolución de conflictos entre la red y las compañías de distribución, etc.

10


Parámetro de tensión de entrada

Límites según [4]

Frecuencia

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

Magnitud de la tensión

BT y MT: -10% - +5% del valor eficaz en 15 minutos

Armónicos

BT: MT:

Interrupciones prolongadas

BT y MT: 48h/año

THDU ≤ 8%, cada armónico / U1 ≤ 5% THDU ≤ 5%, cada armónico / U1 ≤ 3%

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

En Italia existe un importante documento que trata de la continuidad del suministro eléctrico [8]. La Autoridad Reguladora de la Electricidad y del Gas (AEEG) ha establecido de hecho un sistema uniforme de indicadores de la continuidad del servicio y ha implantado un sistema de incentivos y penalizaciones a fin de mejorar progresivamente los niveles de continuidad hasta ajustarlos a la normativa europea. La Autoridad ha dividido el territorio nacional en 230 zonas geográficas, subdividas por áreas de densidad de población y ha establecido objetivos de mejora para cada área sobre la base de los niveles alcanzados en el año anterior. Las distribuidoras que consigan mejoras superiores al nivel requerido pueden recuperar los mayores costes en que hayan incurrido. Del mismo modo, las compañías deberán pagar una penalización si no consiguen alcanzar el objetivo de mejora previsto. Las interrupciones causadas por fuerza mayor o las causadas por terceros no se incluyen en el cálculo. El objetivo general es llevar los niveles de continuidad de los rendimientos nacionales hasta alcanzar unos valores basados en los estándares europeos: 30 minutos de interrupciones totales por usuario y año en las grandes ciudades (alta densidad de población); 45 minutos en ciudades de tamaño medio (densidad media); y 60 minutos en áreas rurales (baja densidad). Otros países tienen regímenes similares impuestos por sus autoridades reguladoras. El Reino Unido dispone de diversos documentos que conforman la normativa de distribución. Uno de los más importantes es el documento G5/4, que se trata en otra sección de esta Guía, que regula la conexión de las cargas armónicas al punto de acoplamiento común. Las medidas para fomentar la mejora de la continuidad son responsabilidad de la Oficina de los Mercados de Gas y Electricidad (OFGEM).

Conclusiones Los requisitos establecidos por la EN 50160 no son difíciles de cumplir para los distribuidores de electricidad. Los parámetros de la tensión de entrada deben estar dentro de los límites especificados (Tabla 1) durante el 95% del período analizado, mientras que las desviaciones permitidas en el 5% restante del período son mucho mayores. Por ejemplo, el valor medio durante el 95% del tiempo estará entre el 90% y el 110% de la tensión nominal. Esto significa que, en un caso extremo, los clientes pueden recibir un suministro continuo con el 90% del valor de la tensión nominal mientras que, durante el 5% del tiempo restante, la tensión puede ser muy inferior. Si, en esa situación límite, otros parámetros están también en los extremos permitidos por la norma, por ejemplo tensiones armónicas o desequilibrios de tensión, es probable que se presenten anomalías en el funcionamiento de los equipos. La norma podría mejorarse. Por ejemplo, la exigencia de que los valores medios de los parámetros de tensión medidos a lo largo de todo el período de analizado se mantuviesen en el ±5% garantizaría que la tensión de suministro no pudiese mantenerse en el límite inferior o superior durante un período prolongado. El número de huecos de tensión permitido (hasta 1.000 durante un año) y el número de cortes de suministro breves y prolongados son demasiado elevados desde el punto de vista del usuario. Las caídas de tensión

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por debajo del 30% de la tensión nominal con duración superior a 0,3 seg. pueden provocar la desconexión de la protección de baja tensión o que los contactores de los circuitos de un motor se abran. Por lo tanto, el número real de interrupciones del proceso será mucho mayor que el número que cabria esperar como resultado de las interrupciones de tensión. La norma EN 50160 debe entenderse como la representación de un compromiso entre suministrador y usuario. Requiere que el proveedor suministre, como mínimo, una Calidad de la Energía mínimamente adecuada. La mayoría de los proveedores superan, de forma rutinaria, estos requisitos por un amplio margen, pero no los garantizan. Si las necesidades del cliente son más exigentes, se deben aplicar medidas paliativas o negociar un acuerdo independiente para obtener una mayor calidad del suministro. No obstante, la ventaja importante de esta norma es que: 

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



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

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

Referencias y bibliografía [1] EN 50160, Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems, 1999 [2] IEC 038, IEC standard voltages, 1999 [3] Technische Anschlussbedingungen (Technical requirements of connection), VDEW [4] Rozporzadzenie Ministra Gospodarki z dnia 25 wrzesnia 2000, w sprawie szczególowych warunków przylaczania podmiotów do sieci elektroenergetycznych, obrotu energia elektryczna, swiadczenia uslug przesylowych, ruchu sieciowego i eksploatacji sieci oraz standardów jakosciowych obslugi odbiorców. Dziennik Ustaw Nr 85, poz. 957 (Rules of detailed conditions of connection of consumers to the electrical power network and quality requirements in Poland). [5] Baranecki A et al, Poprawa jakosci zasilania w sieciach NN i SN. (Improvement of supply quality in LV and MV networks), Elektronizacja 1-2/2001 [6] Seipp G G, Elektrische Installationstechnik, Berlin – München, Siemens AG, 1993 [7] DIN VDE 0100-100 (VDE 0100 part 100): 2002-08 [8] Decision 128/1999: Definizione di obblighi di registrazione delle interruzioni del servizio di distribuzione dell’energia elettrica e di indicatori di continuità del servizio [9] Decision 144/00: Determinazione dei livelli effettivi base e dei livelli tendenziali di continuità del servizio per ogni ambito territoriale e per ogni anno del periodo 2000-2003 ai sensi dell’articolo 7 della deliberazione dell’Autorità per l’energia elettrica e il gas 28 dicembre 1999, n. 202/99 e per la determinazione della media nazionale dei livelli tendenziali di continuità del servizio per l’anno 2004, ai sensi dell’articolo 9, comma 9.4, della medesima deliberazione.

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Istituto Italiano del Rame* (IIR)

www.kupferinstitut.de

www.iir.it

University of Manchester Institute of Science and Technology ( UMIST) www.umist.ac.uk

Engineering Consulting & Design* (ECD) www.ecd.it

Katholieke Universiteit Leuven* (KU Leuven)

Wroclaw University of Technology* www.pwr.wroc.pl

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Perturbaciones de Tension Norma en 50160

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