GESTIÓN EN ENERGÍA ELÉCTRICA

Calidad de energíaEste término se utiliza para describir el comportamiento de los parámetros eléctricos de la red

• Tensión o voltaje constante y de forma sinusoidal. En el Perú 220V en baja tensión.

• Frecuencia de oscilación constante. En el Perú es de 60 ciclos.

• Mínimas perturbaciones: Armónicas, parpadeo (flicker).

¿Quién es responsable de la calidad de energía?

Las compañías generadoras y distribuidoras de energía eléctrica deben cumplir las normas establecidas, los cuales establecen los rangos de valores permitidos para la regulación de tensión nominal, frecuencia, factor de potencia y distorsión armónica entre otros.

¿Dónde puede originarse la mala calidad de

energía?

• La red eléctrica que alimenta la instalación.

• Los equipos electrónicos modernos

• El usuario origina mala calidad de energía eléctrica.

¿Por qué realizar un estudio de calidad de

energía?

• Tiempo improductivo.

• Costos innecesarios de reparación o reemplazo de equipos.

• Perdida de ingresos por interrupción del servicio.

• Penalizaciones y multas.

Conceptos que contribuyen al ahorro.

El ahorro de energía eléctrica se basa en los siguientes conceptos:

• Adecuada red de transporte y distribución, para minimizar las pérdidas.

• Utilización de la energía eléctrica solamente para las aplicaciones en que sea imprescindible.

• Utilización de la energía eléctrica durante el tiempo necesario.

• Ahorro de otros servicios que conllevan la utilización de energía para su tratamiento.

• Utilización de receptores de consumo reducido y eficiencia energética elevada.

ENERGÍA ÚTIL + PÉRDIDAS + CONTAMINACIÓN

II

CONSUMO ENERGÉTICO

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

¿Quiénes producen armónicos?

• Existe un gran número de dispositivos que distorsionan el estado ideal de las redes eléctricas. Algunos de ellos han existido desde la formación de los sistemas de potencia, y otros son producto de la aplicación de dispositivos de electrónica de potencia utilizados para el control moderno de las redes eléctricas.

• Las fuentes de armónicas las podemos clasificar en:

• Fuentes tradicionales

• Nuevas fuentes de armónicas

• *Futuras fuentes armónicas

• Fuentes Tradicionales:Antes del desarrollo de los convertidores estáticos, la

distribución armónica se asociaba con el diseño y la operación de máquinas eléctricas y transformadores.

De hecho la principal fuente de armónicas en esos días era la corriente de magnetización de los transformadores de potencia.

Los transformadores y máquinas rotatorias modernas bajo operación en estado estable no ocasionan por sí mismas distorsión significativa en la red. Sin embargo, durante disturbios transitorios y cuando operan en rangos fuera de su estado normal, entonces pueden incrementar su contenido en forma considerable.

• Otras dos cargas lineales que conviene considerar debido a su contribución armónica son los hornos de arco y la luz fluorescente.

Transformadores

Si graficamos la corriente de magnetización vs. el tiempo para cada valor de flujo, la forma de onda dista mucho de ser senoidal. Cuando se incluye el efecto de histéresis, esta corriente magnetizante no senoidal no es simétrica con respecto a su valor máximo. La distorsión que se observa se debe a las armónicas triples. Se puede evitar con el uso de devanados en delta.

• Máquinas rotatorias• Como resultado del contenido armónico de la

distribución de la f.m.m. se producen armónicas en el tiempo que son dependientes de la velocidad. Estas armónicas inducen una f.e.m. (fuerza electromotriz) en el estator a una frecuencia igual al cociente de la velocidad entre la longitud de onda.

• Hornos de Arco• El sistema de potencia contiene una gran cantidad de

aparatos que funcionan por medio de la descarga de arco. Algunos ejemplos de ellos son: los hornos de arco, las soldadoras de arco y las lámparas fluorescentes. Una combinación del retraso en la ignición del arco con las características altamente no lineales de la curva voltaje del arco vs. corriente, introduce armónicas de la frecuencia fundamental..

• Adicionalmente, los cambios de voltaje ocasionados por alteraciones en la longitud del arco producen una gama de

frecuencias, predominantemente de 0.1 a 30 khz, este efecto se hace más evidente en la fase de la fundición, en la interacción de las fuerzas electromagnéticas entre los arcos.

• Luz Fluorescente

• Los tubos de la luz fluorescente son altamente no-lineales y dan lugar a corrientes armónicas impares de magnitud importante. En una carga trifásica de 4 hilos, las armónicas triples básicamente se suman en el neutro, siendo al 3a. la más dominante, en la figura se muestra el espectro típico de una lámpara fluorescente con balastro magnético.

• Nuevas fuentes de armónicos

* Grandes convertidores de potencia

* Convertidores de mediano tamaño

• Rectificadores de baja potencia de fuentes monofásicas

• Hornos de inducción

• Controladores de motores de c.d.

• Controladores de motores de c.a.

• Futuras Fuentes Armónicas

a) Autos eléctricos que requieren de rectificación de grandes cantidades de potencia para cargar sus baterías.

b) El uso potencial de dispositivos de conversión directa de energía, como baterías de almacenamiento y celdas de

combustible.

c) Fuentes no convencionales de potencia, como viento, energía solar, celdas de combustible y baterías avanzadas.

MANEJO EFECTIVO DE LA CALIDAD DE ENERGIA ELECTRICA

Factores que deben tomarse en cuenta.

• No hay un dispositivo de protección único que pueda resolver todos los problemas de calidad de energía.

• La factibilidad y el costo determinan qué tipo de tecnología de protección será implementada.

• La Pirámide de calidad de energía constituye un marco de referencia para implementar soluciones efectivas y viables para la protección del sistema.

PIRÁMIDE DE CALIDAD DE ENERGÍA

Para lograr el mejor resultado por inversión, se debe empezar por la base de la pirámide e ir escalando cada piso. Sin una buena puesta a tierra los otros equipos no trabajarán óptimamente.

PIRÁMIDE DE CALIDAD DE ENERGÍA:

• Usualmente los dos niveles más bajos se consideran desde el diseño inicial y aplicable a toda la instalación.

• Los niveles superiores se aplican selectivamente dependiendo de las cargas y las condiciones reales de servicio.

• Conforme se asciende aumentan los costos por KVA.

CONTROL DE LA CALIDAD DE ENERGÍA

• La calidad de energía depende de la fuente de suministro y del sistema de distribución.

• La Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos regula la calidad del suministro, y sanciona las infracciones.

• Un sistema de distribución correctamente diseñado y construido es indispensable para tener una calidad de energía satisfactoria.

• Una red de distribución correctamente diseñada evitará los problemas internos de desbalance, sags y flickers, reduce la distorsión armónica.• Un adecuado sistema de puesta a tierra minimiza los ruidos y los impulsos.• Un adecuado diseño y protección reduce las interrupciones.• La alimentación de energía a sistemas electrónicos requiere la fijación del neutro conectado a tierra como voltaje de referencia.• Es indispensable un correcto dimensionamiento y seguimiento del neutro y de las puestas a tierra.• Las edificaciones de hoy deberán ser diseñadas para manejar las necesidades eléctricas de mañana, con las nuevas condiciones de funcionamiento.

LA SOLUCION ESTA EN EL DISEÑO

CONTROL DE INTERRUPCIONES

• Es necesario evaluar el costo de la pérdida de energía versus el costo de la solución.• Es necesario tener una referencia de la frecuencia y duración de las interrupciones.• Opciones:

Grupos electrógenos (Arranque manual o automático).

Fuente de energía Ininterrumpida (UPS) :

Grupos electrógenos (Arranque manual o automático).

El arranque manual se produce a nuestra voluntad, esto quiere decir que cuando queramos disponer de la electricidad generada por el Grupo Electrógeno lo haremos arrancar de forma manual.

En el arranque automático, las centralitas o cuadros electrónicos detectan un fallo en la red de suministro eléctrico, obligando el arranque inmediato del Grupo Electrógeno.

Fuente de energía Ininterrumpida (UPS) :

Es un dispositivo que proveen y mantiene energía eléctrica de respaldo en caso de interrupciones eléctricas o eventualidades en la línea o acometida. Adicionalmente los UPS cumplen la función de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, como el filtrado, protección de subidas (picos de tensión), bajadas de tensión (caídas), apagones y eliminación de corrientes parasitarías como ruidos EMI y RFI, disrupciones de energía, perdida de data, etc. Su aplicación se centra en Instituciones financieras, industrias de todas las gamas, sector petróleo, etc.

CONTROL DE NIVEL DE TENSIÓN

Estabilizadores de tensión Es un equipo eléctrico que acepta una tensión de voltaje variable a la entrada, dentro de un parámetro predeterminado y mantiene a la salida una tensión constante (regulada).

UPS ,etc

Para utilizar estos equipos debemos tener en cuenta lo siguiente:

Dimensionamiento y selección ( Estabilizadores, UPS y Grupos Electrógenos)

• Potencia.• Velocidad de respuesta.• Límites de regulación.• Comportamiento con cargas No-Lineales.• Generación de armónicos.• Onda de salida.

PLAN DE PROTECCIÓN

¿ Cómo prevenir o solucionar estos problemas ?• Instalaciones dedicadas para equipo electrónico especiales. • Un sistema de conexión a tierra con un buen diseño y mantenimiento. • Instalación de eliminadores de sobretensión para protección de áreas claves.• Sistemas de Filtros para complementar todas las acciones anteriores.

La ANSI/IEEE C62.41 especifica que un sobrevoltaje “típico” entrega una corriente de 10.000 amperios. Existen de datos confiables que ilustran que algunas magnitudes de corrientes “no típicas” llegan hasta más de 200.000 amperios. Además, los rayos por lo general consisten de cuatro a seis “golpes” consecutivos y pueden ser hasta 40. Por lo tanto, los sistemas de supresión deben proporcionar protección adecuada.

Plan de Protección de dos etapas:

Resultado que se obtiene después de haber usado dispositivos para controlar la mala calidad de energía.