Calidad de Los Sistemas de Potencia

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Ph.D. M.Sc Ing. Orlys Ernesto Torres Breffe PROFESOR CUBANO Curso de Calidad de la Energía Generalidades de la Calidad en los Sistemas Eléctricos de Potencia

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Sistemas Eléctricos de potencia

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Ph.D. M.Sc Ing. Orlys Ernesto Torres BreffePROFESOR CUBANO

Curso de Calidad de la Energía

Generalidades de la Calidad en los Sistemas Eléctricos de Potencia

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Introducción• Eficiencia de los sistemas eléctricos:

– Esta eficiencia, como en todas máquinas o equipos, consiste en la relación entre la energía utilizada por los consumidores y la energía generada en las fuentes de generación. Otras definiciones relacionan la eficiencia con la diferencia entre la energía a la entrada y la salida de los procesos. Existe una diferencia entre estas dos energías y está relacionada por las pérdidas que se producen en las redes y componentes del sistema eléctrico.

• Calidad de los sistemas eléctricos:– La calidad de los sistemas de potencia es normalmente reducida al concepto de “Calidad

de la Energía” mientras que este concepto es mucho más amplio. Adicionalmente un sistema con calidad es un sistema que no se interrumpe totalmente frente a las averías y que los procesos transitorios en algunos componentes del sistema no afecten a otros.

• Estos dos conceptos se interrelacionan: – La calidad es un concepto mucho más abarcador. Un sistema eléctrico de potencia

trabajando con CALIDAD TOTAL es un sistema seguramente MUY EFICIENTE. Si un sistema eléctrico tiene muchas pérdidas, seguramente las tensiones no estarán dentro de los límites en todos los nodos, el exceso de corriente por los conductores provocará deterioros frecuentes de los mismos, por lo que no será un sistema con Calidad.

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¿Qué se considera un buen sistema eléctrico?

• Desde el punto de vista del usuario final:– Si el equipamiento funciona satisfactoriamente el usuario siente

que el sistema eléctrico es bueno.– Si el equipamiento comienza a funcionar incorrectamente o se

rompe prematuramente, el usuario siente que el sistema eléctrico es malo.

• Dentro de este sentimiento del usuario final existen varios límites o aspectos relacionados con la calidad de la energía.

• No todas las roturas del equipamiento están debidas a problemas con la calidad de la energía, de ahí la complejidad del tema y la necesidad de estudiar las leyes y teorías sobre el mismo. Existen equipos con baja calidad.

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Aspectos Generales sobre la Calidad• En muchos países los aspectos relacionados con la Calidad de los

Sistemas Eléctricos o Calidad del Suministro pasan por tres actores fundamentales:– Calidad de los Servicios

• Continuidad del Servicio Eléctrico.• Cuantificación y control de las interrupciones.• Penalizaciones por energía dejada de consumir.• Penalizaciones por el tiempo de interrupción a los usuarios.

– Calidad del producto técnico• Control del nivel de tensión• Control de las perturbaciones• Penalizaciones por el suministro de energía contaminada• Penalizaciones por el consumo contaminado

– Calidad del Servicio Comercial• Tiempos de respuesta de las empresas a los clientes• Facturación• Atención comercial

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Estudios relacionados con la Calidad Total de los sistemas• Estudios de Calidad de la Energía– Deformaciones de las ondas de tensión y corriente (Armónicas)

• Estudios de Procesos Transitorios– Análisis de las averías internas y externas – Análisis de la estabilidad estática, dinámica y transitoria– Selección de las capacidades de los dispositivos– Operación y control de la frecuencia

• Estudios de Protecciones Eléctricas y Control– Selección y ajustes de equipos de protecciones– Reducción de cableado auxiliar de los equipos de Protecciones

• Automatización de los Sistemas Eléctricos– Sistemas SCADAS y mediciones inteligentes– Automatización de las operaciones

• Diseño, instalaciones y Mantenimiento con calidad– Diseños considerando el medio ambiente y la ecología– Instalaciones con dispositivos y materiales de calidad– Mantenimiento regular y oportuno

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Calidad de los Sistemas Eléctricos

Compatibilidad Electromagnética

Los temas relacionados con la compatibilidad electromagnética están muy unidos a la Calidad General de los Sistemas Eléctricos. Perturbaciones, Emisiones y Receptores conforman los Ambientes Electromagnéticos y cuando las Emisiones están por encima de la Inmunidad de los Receptores, esto se convierte en un Sistema Eléctrico sin Calidad Total.

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Tres Actores relacionados en la Compatibilidad Electromagnética

• Emisor:– Dispositivos, equipos o sistemas que

emiten o generan perturbaciones electromagnéticas (cambios en la tensión, la corriente, la frecuencia, la potencia, entre otras)

• Camino de acoplamiento:– Es el medio por donde se propagan las

emisiones de perturbaciones. También conocido como medio de acoplamiento electromagnético.

• Receptor:– Dispositivos, equipos o sistemas cuyo

funcionamiento es afectado o degradado por la perturbaciones existentes.

En los sistemas eléctricos, algunas cargas como rectificadores son los emisores, otras cargas como motores, lámparas, consumidores electrónicos sensibles son los receptores y el propio sistema es el camino de acoplamiento.

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Conceptos básicos• Ambiente Electromagnético:– Es el conjunto de fenómenos electromagnéticos existentes en una ubicación dada.

Los ambientes electromagnéticos no son estáticos cambian con el tiempo y con la ubicación. Por ejemplo, los motores eléctricos en Cuba debido a las elevadas temperaturas y humedad soportan menos sobrecargas y toleran menor contaminación en la tensión que en algunas partes del Ecuador.

• Perturbaciones Electromagnéticas:– Son el conjunto de fenómenos que pueden afectar el funcionamiento de cualquier

dispositivo, equipo o sistema e incluso a animales y personas. Por ejemplo, campos magnéticos de las líneas, ruidos electromagnéticos, armónicos, entre otras.

• Interferencia Electromagnética:– Degradación del funcionamiento de un dispositivo, equipos, sistema o cosa en

general debida a una o varias perturbaciones electromagnéticas.

• Compatibilidad Electromagnética:– Es la capacidad de un equipo o sistema de funcionar correctamente en un

Ambiente Electromagnético sin introducir ni afectarse sensiblemente por perturbaciones electromagnéticas existentes en el ambiente.

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Conceptos básicos (continuación)• Inmunidad a la perturbación:

– Capacidad de los dispositivos, equipos o sistemas de operar adecuadamente sin que se afecte su funcionamiento con la presencia de perturbaciones.

• Susceptibilidad Electromagnética: – Incapacidad de los dispositivos, equipos o sistemas de operar adecuadamente

con la presencia de perturbaciones.

• Nivel de Emisión:– Nivel de una perturbación electromagnética emitida por un dispositivo en un

ambiente electromagnético.

• Límite de Emisión:– Máximo nivel permitido para una emisión dada.

• Nivel de Inmunidad:– Es el máximo nivel de inmunidad que presenta un dispositivo, equipo o

sistema, a una perturbación sin que se afecte su funcionamiento.

• Límite de Inmunidad:– Máximo nivel de inmunidad requerida para un ambiente electromagnético

dado.

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Susceptibilidad del EquipamientoProblemas de Calidad del Sistema Eléctrico

Seguro se presentarán Afectaciones por la Calidad de Energía

Inmunidad del Equipamiento

Problemas de Calidad del Sistema Eléctrico

Inmunidad del Equipamiento

No se presentarán Afectaciones por la Calidad de Energía

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Calidad de los Sistemas Eléctricos

Perturbaciones Electromagnéticas

Las perturbaciones siempre están presentes en los sistemas de potencia, lo fundamental es conocerlas y tratar de disminuirlas hasta formar sistemas de potencia con una compatibilidad electromagnética aceptable .

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Ejemplo de perturbaciones en los Sistemas Eléctricos de Potencia

• Huecos de tensión e interrupciones.• Armónicos e inter-armónicos• Sobretensiones

– Temporales– Continuas– Transitorias

• Fluctuaciones de la tensión• Muescas de tensión• Desequilibrios de la tensión• Variaciones de la frecuencia de alimentación

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Clasificación de las perturbaciones

• Perturbaciones que modifican:– La magnitud de la tensión.– La forma de la onda de la tensión o la corriente.– La frecuencia de la onda de tensión.– La simetría de la onda en los sistemas trifásicos.

• Variaciones de las perturbaciones:– De baja frecuencia < 9 kHz– De alta frecuencia > 9 kHz– Descargas electrostática

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Calidad de la energíaPerturbaciones

Huecos y Cortes de tensión

Los huecos (dips) constituyen una disminución temporal de la tensión y los cortes (drops) son interrupciones totales de la misma. Se clasifican según su profundidad y duración. Pueden ser extremadamente perjudiciales, provocando desconexiones en el sistema de potencia que duren varios minutos.

Page 15: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Huecos de tensiones

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1• Se considera un hueco de tensión a una bajada de tensión de corta duración entre el 90 % y 1 % .

• Las bajas tensiones pueden estar producidas por averías en otros consumidores.

• Pueden ser temporales o de mayor duración.

• Estas pueden provocar incrementos de corrientes en otros consumidores, así como el re-arraque de motores y el mal funcionamiento de algunos equipos más exigentes.

• Las bajas tensiones pueden ser intermitentes, oscilatorias o permanentes, dependiendo del origen de las mismas.

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Caracterización de los huecos• Los huecos se caracterizan por

dos parámetros:– Profundidad ∆ U– Duración ∆ t

• Si la tensión desaparece esto es conocido como un corte.

• En dependencia de sus ciclos de duración se clasifican en:– Instantáneos: – Momentáneos: – Temporal:– Mantenido:

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Origen y consecuencias de los Huecos y Cortes• Orígenes:

– Averías y disparos de protecciones– Re-conexiones provocadas por averías transitorias– Conexiones de capacitores– Conmutaciones de las válvulas en los convertidores polifásicos

• Consecuencias:– Apagado de lámparas– Funcionamiento incorrecto de dispositivos de control– Variación de velocidad o parada de motores– Disparo de contactores magnéticos– Fallas en computadoras o instrumentos de medición digitales– Pérdida de sincronismo en motores y generadores sincrónicos

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Otras consecuencias de los huecos y cortes

• Las consecuencias más graves se presentan en líneas de producción continua que no permitan ninguna interrupción.

• Mal funcionamiento de sistemas informáticos, de seguridad y alumbrado de grandes instalaciones.

• En un motor, si el par disminuye por debajo del par mecánico de la carga el motor se irá parando paulatinamente.

• Una vez recuperada la tensión, los motores pueden re-arrancar y por tanto provocar un incremento de la corriente por encima de la nominal. Si son muchos motores estos provocarán una caída de tensión en la barra de la subestación.

• Los re-arranques repetitivos de los motores provocan sobre calentamientos en los motores, esfuerzos electrodinámicos adicionales, vibraciones en los rodamientos y por tanto reducción de la vida útil de los mismos.

Constituyen las causas más frecuentes de los problemas de calidad de la energía en las industrias y sistemas de potencia. Un hueco o corte de unos pocos ciclos puede generar graves consecuencias por varias horas.

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Tolerancia de los equipos informáticos• Según la profundidad y la duración los huecos

pueden ser tolerados o no.

Curva ITI (Information Technology Industry), define los límites tolerables por equipos informáticos, cualquier trabajo fuera de esos límites producirá pérdida de datos, órdenes erróneas, paradas o averías de los equipos.

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Calidad de la energíaPerturbaciones

Armónicas y contaminaciones de las señales

Las señales de corrientes y tensiones que tienen formas de ondas diferentes a una sinusoide son señales contaminadas o sucia y están compuestas por armónicas o inter-armónicas. Estas armónicas no son más que ondas sinusoidales con frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental.

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Análisis sobre las ArmónicasForma de Onda sucia

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Forma de Onda ideal

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Los armónicos se analizan con el objetivo de:• Evaluar el grado de contaminación existente• Evaluar el impacto de la contaminación• Pronosticar la capacidad para asimilar nueva contaminación• Determinar la ubicación y las características de los bancos de condensadores• Diseñar y seleccionar los filtros para el control y atenuación de armónicas

Page 22: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Consecuencias de las armónicas• Pérdidas adicionales de los sistemas y por tanto reducción de su

eficiencia.• Deterioro prematuro de los equipos.• Disparo inesperados e innecesarios de las protecciones eléctricas. • Perturbaciones a sistemas débiles tales como sistemas de

telecomunicaciones, telemando, computadoras, televisores.• Vibraciones y ruidos acústicos en algunas máquinas como

motores y transformadores. • Pares pulsantes en máquinas giratorias. • Calentamiento de los capacitores que se emplean en la

compensación de potencia reactiva. • Pérdidas de precisión de los aparatos de medición.• Calentamiento y destrucción de los neutros debido a los 3ros

armónicos y sus múltiplos.

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Resumen de las consecuencias de los armónicos

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Calidad de la energíaPerturbaciones

Sobretensiones en los sistemas de potencia

Una sobretensión es un incremento de la amplitud de la tensión por encima de los valores nominales del circuito o del sistema de potencia y estas se clasifican por la duración y el origen de la misma.

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Sobretensiones

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Sobretensiones inherentes al sistema Sobretensiones por causas externas

• Las sobretensiones inherentes al sistema tienden a ser de menor magnitud que las provocadas por las descargas atmosféricas.

• Valores de 1.1 y 1.8 pu con una duración desde un ciclo a 1 minuto.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

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Clasificación de las sobretensiones• Sobretensiones temporales

– Tienen la misma frecuencia de la red– Orígenes:

• Pérdidas de aislamiento que producen averías a tierra en sistemas con neutro aislados• Ferro-resonancias• Rotura del neutro en sistemas de cuatro y dos hilos• Defecto de los reguladores de tensión en generadores• Defecto en los cambia TAP automáticos de transformadores• Sobre compensación de potencia reactiva

• Sobretensiones de maniobra– Orígenes:

• Maniobras de circuitos• Conexión o Desconexión de cargas inductivas• Maniobras de circuitos capacitivos

• Sobretensiones de origen atmosféricas– Son extremadamente peligrosas y no existe una protección totalmente eficaz contra

este fenómeno– Son de características electrostáticas y pueden tener diferentes signos o polaridad,

tanto positivos como negativas– Viajan a alta velocidad por las redes (600 km/s)

Page 27: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Incrementos breves de tensión (swells)• Son aumentos breves del valor eficaz de la tensión

que puede o no estar acompañados de una disminución de la corriente.

• Se caracterizan por su magnitud y duración. Típicamente las magnitudes oscilan entre 1.1 y 1.8 pu y la duración entre ½ ciclo a 1 minuto.

Page 28: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Variaciones de la tensión de larga duración• Pueden ser sobre o baja tensiones, la duración es siempre

mayor que 1 minuto.

• Origen de las Sobretensiones (over voltage):– Desconexiones de grandes cargas– Variaciones de compensación de potencia reactiva debido a la

conexión de bancos de capacitores– Posicionamiento incorrecto del TAP de transformadores – Oscilan entre 1.1 y 1.2 pu

• Origen de las Bajas tensiones (under voltage):– Conexión de grandes cargas– Desconexión de bancos de condensadores– Oscilan entre 0.8 y 0.9pu

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Consecuencias de las sobretensionesSon diversas en dependencia de la duración, la repetitividad, la amplitud, la forma del frente de subida, la frecuencia, entre otros factores.• Perforación del dieléctrico de componentes electrónicos.• Degradación de materiales por envejecimiento (esto es para

sobretensiones repetitivas)• Cortes largos por destrucción de materiales en las empresas eléctricas

produce pérdidas en la facturación en los consumidores.• Perturbación en los circuitos de control y mando, así como en

circuitos de comunicaciones con corrientes débiles.• Sobreesfuerzos electrodinámicos y térmicos causados por las

descargas atmosféricas en las redes aéreas de las compañías eléctricas.

• Las sobretensiones de maniobra que son más probables y repetitivas que los propios rayos, aunque sean menores, pueden llegar a producir defectos tan graves como los del rayo.

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Calidad de la energíaPerturbaciones

Transitorios en los sistemas de potencia

Los transitorios constituyen los cambios más rápidos que ocurren en las señales de tensión y de corriente; y se clasifican en dos tipos: impulsivos y oscilatorios. Algunos equipos como los electrónicos tales como televisores, computadoras, y otros suelen tener un bajo nivel de inmunidad a los transitorios.

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Transitorios (transient) Impulsivos• Son cambios repentinos de la tensión, la corriente o

ambos a la vez. • Tienen características unidireccional en polaridad (positiva

o negativa).• Son descritos por tiempos de crecimiento y decaimiento.• Pueden desencadenar posibles resonancia y ocasionar

transitorios oscilatorios.

Page 32: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Transitorios Oscilatorios• Consisten en variaciones muy rápidas de la polaridad de los

valores instantáneos de las señales.• Transitorios de baja frecuencia:

– Ocurren generalmente en la distribución y la sub-transmisión.– Se producen por energización de bancos de capacitores, condiciones de

ferro-resonancia, y energización de transformadores.• Transitorios de media frecuencia:

– La energización de un banco de capacitores en unión de otros bancos que está en funcionamiento, provocando una corriente oscilante entre ellos.

• Transitorios de alta frecuencia:– Son provocados por algún evento de conmutación.– Se pueden producir por la respuesta del sistema a transitorios

impulsivos.– Los circuitos amortiguadores o filtros RLC asociados a convertidores de

potencia, pueden generar estos transitorios.

Page 33: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Formas de onda de los transitorios oscilatorios

Page 34: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Resumen de la clasificación de los transitorios

Page 35: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Consecuencias de los transitorios• Cualquiera sea su categoría, los impulsivos y los

oscilatorios pueden ser perjudiciales para los sistemas y circuitos eléctricos, en dependencia de la amplitud, la velocidad de variación y la duración.

• Los transitorios oscilatorios duran más tiempo y por tanto resultan perjudiciales para los circuitos de control y mando, equipos de TV y computadoras.

• Los transitorios impulsivos pueden deteriorar los materiales aislantes de equipos electrónicos, electrodomésticos, computadoras, etc.

Page 36: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaPerturbaciones

Fluctuaciones de la tensión

Son cambios o variaciones del valor eficaz o el valor de cresta de las señales en una amplitud que alcanza un valor inferior al 10% comparándola con la tensión nominal.

Page 37: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Formas de onda de las fluctuaciones• Las fluctuaciones se diferencian de las variaciones lentas de

la tensión, de los huecos y cortes porque son variaciones leves de la tensión que no superan el 10% de valor nominal de la tensión.

Figura 45 libro de diapositivas

Page 38: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Tipos de fluctuaciones• Se clasifican según el tipo de variación del valor

eficaz de la tensión en tipo A, B, C y D.

Page 39: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Fuentes que originan las fluctuaciones• En Redes de Baja Tensión:

– Los equipos electrodomésticos

• En Redes Industriales:– Máquinas de soldadura por punto– Arranque de motores– Energización de transformadores y bancos de capacitores– Operación del cambia TAPs de transformadores– Operación de prensas– Hornos de arcos– Plantas de soldar– Cambios de cargas de grandes motores

Page 40: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Consecuencias de las fluctuaciones• Si las fluctuaciones de tensión no exceden del ±10%, la

mayoría de los equipos no son afectados.• Equipos que utilizan elementos de calefacción con grandes

constantes de tiempo no son casi afectados. • El efecto más notable de las fluctuaciones de tensión es el

“flicker” (Molestias visual por el parpadeo o variación de la intensidad luminosa de lámparas incandescente).

• Los equipos como televisores, dispositivos de control electrónico y computadoras son sensibles a las fluctuaciones.

• Degradación de equipos que emplean capacitores.• Pérdida de sincronismo en equipos de regulación.• Variación de torque en máquinas rotantes.

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Calidad de la energíaPerturbaciones

Muescas de la tensiónSon perturbaciones periódicas de la tensión que ocurren en cada ciclo debido al cortocircuito entre fases durante proceso de conmutación en rectificadores.

Page 42: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Forma de onda de las muescas• Las muescas son por lo general periódicas y se

clasifican según su profundidad, área de calado y nivel de distorsión máxima. Pueden tener dirección negativa o positiva.

Page 43: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Característica de las muescas (Notches)

• Pueden perturbar equipos electrónicos y dañar componentes inductivos por el elevado crecimiento de la velocidad de variación de la tensión en el tiempo.

• La mayor parte de las muescas son atenuadas por los transformadores y no se propagan a líneas de media o alta tensión.

• Estos problemas normalmente no se propagan por la red y se originan en la misma industria.

dt

dv

Page 44: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Forma de onda de las muescas• Este fenómeno se caracteriza por los

siguientes factores: profundidad (p), área de calado (An) y la máxima distorsión total (THDMAX).

v

dp

][ VolsxdosMicrosegundtAn

%074.0p

AnTHDMAX

Page 45: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Normativas para las muescas (notches)• El área de calado, la profundidad y el THD de las

muescas se limitan a valores máximos posibles y son empleados en la baja tensión.

Page 46: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Consecuencias de las muescas

• Pueden afectar el funcionamiento de otros equipos electrónicos.

• Pueden dañar o degradar los componentes inductivos por la elevada velocidad de variación de la tensión en el tiempo.

• Las muescas no se propagan por los transformadores, es decir, una vez que se produzcan en el lado de baja no pasan hacia el lado de alta tensión.

dt

dv

Page 47: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaPerturbaciones

Desbalance de la tensión

Es la pérdida de la simetría en las señales de tensión de fases en un sistema trifásico, puede ser una variación en la amplitud de una o más fases o en los ángulos de desfase de las señales diferentes a 120°.

Page 48: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Asimetrías de las corrientes o las tensiones

• Las asimetrías de corrientes y tensión pueden ser perjudiciales para las máquinas rotatorias y otros consumidores.

• Los diagramas fasoriales son unas herramientas imprescindibles para el análisis y evaluación de las asimetrías.

• Se aplica el método de las componentes simétricas

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0.5

1

1.5

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Diagrama fasorial Formas de ondas desequilibradas

Page 49: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Sistemas de tensión desequilibrados

• Orígenes:– Las corrientes desequilibradas son las principales

causantes de las tensiones desequilibradas– Cargas monofásicas mal distribuidas entre las fases– Desigualdad en las capacidades de fase a tierra en

líneas de transporte– Líneas sin transposición

Se considera un sistema equilibrado cuando las magnitudes de las señales en las tres fases son iguales y están desfasas a 120° entre ellas.

Page 50: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Cálculo de los desbalances de tensión• Mediante el método de las componentes

simétricas:

100%1

22

A

A

U

UU 100%

1

00

A

A

U

UU

• Puede estar compuesta por componentes de secuencia negativa (UA2) o cero (UA0) y se expresa en relación a la componente de secuencia positiva (UA1).

• También se puede calcular mediante métodos aproximados utilizando la tensión de fase medida (Vi) y la tensión media (Vmed):

Vmed

VmedViU

max%

3

UcUbUaVmed

Page 51: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Consecuencias del desbalance de tensión• Los motores de inducción que se alimenten con

tensiones desequilibradas producen grandes corrientes desequilibradas que aumentan la temperatura de la máquina, fundamentalmente desde el rotor.

• Las protecciones de secuencia negativa y secuencia cero de los grandes generadores y los motores pueden operar.

• Aumenta la contaminación armónica de los convertidores polifásicos de potencia.

• Son tolerables por un corto período de tiempo de pocos segundos a un minuto, pero no mas.

Page 52: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaPerturbaciones

Variación de la frecuencia

Es la variación de la frecuencia de la señal de tensión que está ocasionada fundamentalmente por un desbalance entre la capacidad de generación del sistema y la demanda de la carga.

Page 53: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Variaciones de la frecuencia de alimentación• La frecuencia del sistema depende del balance entre

la capacidad de generación y la demanda de la carga.• La salida o entrada inesperada de grandes grupos de

generación o cargas provoca disminución o aumentos de la frecuencia.

• El tamaño y la duración de las perturbaciones que provocan cambios de frecuencia dependen de las características de la carga y de las respuestas de los reguladores de las unidades de generación.

• Las averías en las redes pueden provocar desconexión de grandes grupos de cargas o generación, con la consiguiente variación de la frecuencia.

Page 54: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Consecuencias de la variación de frecuencia• Variaciones de la velocidad de las máquinas eléctricas.• Atraso o adelanto de los relojes que emplean la

frecuencia de la red para sincronizarse.• Variación velocidad/torque en motores.• Los filtros activos y pasivos contra armónicos se

pueden desintonizar.• Los dispositivos electrónicos que empleen la frecuencia

de la red como señal de referencia, estarán afectados.• Roturas de los álabes en las turbinas en generadores.• Disparos de las protecciones que se basan en el

principio V/Hz, como las empleadas en transformadores y generadores de potencia.

Page 55: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaPerturbaciones

Resumen de las perturbaciones

Cada elemento instalado y procesos que se producen en los sistemas eléctricos producen un tipo ya identificado de perturbaciones y estas tienen determinadas consecuencias en el resto de los elementos del sistema.

Page 56: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Resumen de los orígenes de las perturbaciones

Page 57: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Resumen de los equipos afectados por las perturbaciones

• Muchas de las perturbaciones afectan a varios elementos del sistema al mismo tiempo.

Page 58: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Perturbaciones de la tensiónVariación del valor RMS dela tensión simulando las perturbaciones de tensión

Page 59: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaPerturbaciones

Soluciones para las perturbaciones

Aunque es importante el conocimiento de los orígenes de las perturbaciones, las consecuencias que producen y la respuesta del sistema mientras estas ocurren, se deben estudiar las formas de solucionarlas o al menos reducirlas.

Page 60: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaSoluciones para las Perturbaciones

Soluciones para los huecos y cortes de tensión

Para escoger una solución eficaz es importante y necesario realizar un exquisito diagnóstico. Diagnósticas las acometidas de la empresa eléctrica y detectar si la perturbación tienen origen externo o interno a la instalación.

Page 61: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Soluciones a los huecos y cortes

1. Reducción del número de huecos y cortes.

2. Reducción de la duración y de la profundidad de los huecos de tensión.

3. Insensibilización de las instalaciones industriales y terciarias.• Insensibilización de los sistemas de control y mando.

• Insensibilización de la alimentación de potencia de los equipos.

4. Permitir parada adecuadas.

Page 62: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Reducción del número de huecos de tensión y cortes

• Esta solución se basa en aplicar medidas que aumenten la calidad general de las instalaciones:– Mejorar y planificar con más frecuencias los

mantenimientos.– Re-estructurar las redes eléctricas para hacerlas más

robustas– Eliminar las cuchillas a tierra que se ponen en las

redes con neutro aislados para provocar los disparos de los interruptores que están alejados durante fallas monofásicas a tierra.

Page 63: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Reducción de la duración y profundidad

• Aumentar la posibilidad de conexiones automáticas de otras fuentes de alimentación mediante interruptores de enlaces a otros transformadores de alimentación.

• Mejorar las prestaciones de las protecciones eléctricas (selectividad, automatismos de reconexión, telemandos, etc.)

• Aumento de la potencia de cortocircuito de las redes.

• Mejorar los métodos de arranques de equipos de gran potencia como por ejemplo motores y compensadores automáticos.

Page 64: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Insensibilización de las instalaciones industriales

• Esta solución se basa en compensar la ausencia de tensión o falta de energía con un dispositivo de reserva.

– Esta reserva debe tener una autonomía mayor al tiempo de duración de la perturbación.

• Para la selección de un dispositivo de reserva es necesario estudiar:– Calidad de la fuente de alimentación (nivel máximo de perturbaciones

presentes)– Exigencias de los receptores (sensibilidad en cuanto a duración y

profundidad)

• Se estudian cuidadosamente dos soluciones:– La insensibilización de los sistemas de control y mando – La insensibilización de los sistemas de fuerza de motores y otros

consumidores de gran potencia.

Page 65: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Insensibilización de los sistemas de control• Un hueco o un corte de pequeña duración puede bastar para desconectar todos los

contactores magnéticos que accionan los motores de la empresa, por tanto, ya estos no recibirán energía eléctrica, aunque si hubieran tolerado la perturbación.

• Los sistemas de control y mando consumen poca energía, por tanto muchas veces es más económico escoger una forma de reserva en estos esquemas que en los sistemas de fuerza.

• La solución consiste en alimentar la bobinas de los contactores magnéticos con una fuente auxiliar segura, emplear relés de tiempo que no se desconecten con rapidez o emplear circuitos RC con un rectificador que permita mantener en un corto tiempo, una alimentación en las bobinas aun cuando no exista alimentación de fuerza.

• Es importante tomar en cuenta:– Que no haya peligro para la seguridad del personal y de los equipos.– Que los equipos de fuerzas admitan un corte breve y verificar si pueden re-acelerar sin

peligro cuando se recupere la tensión.– Que la fuente de alimentación pueda soportar el trabajo continuo de todos los

consumidores e incluso con un incremento de la corriente cuando se recupera la tensión.

Page 66: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Insensibilización de los sistemas de fuerza

• Esta medida se aplica con aquellos consumidores que no toleran las perturbaciones: ni los huecos, ni los cortes de poca duración, como por ejemplo: computadoras, sistemas de iluminación y sistemas de seguridad.

• Son las medidas más costosas por las potencias y las corrientes que se tiene que manipular.

• En dependencia de la duración y profundidad de los huecos y los cortes, así como la potencia del consumidor, se aplican diferentes medidas:

– Transformadores de aislamiento– Reguladores de tensión– Instalar sistemas estáticos de alimentación ininterrumpida. – Fuentes de Alimentación Rotativas Ininterrumpidas– Conmutación de las redes.– Grupos Electrógenos – Instalar Compensadores Electrónicos

Page 67: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Transformadores de Aislamiento• Estos transformadores no son efectivos para huecos y

cortes de larga duración, pero tienden a atenuar los de corta duración debido a las capacidades parásitas entre ambos aislamientos.

2

120V

VlogA

V1: es el voltaje de ruido en el devanado secundario.

V2: es el voltaje de ruido en el devanado primario.

Page 68: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Regulador de tensión• Son transformadores con relación

de transformación variable y un sensor electrónico se encarga de modificar la relación de transformación en dependencia de la tensión en el secundario, para mantenerlo constante.

• Estos no logran una regulación completa o exacta dependiendo de la profundidad de la caída de tensión o la magnitud de la sobretensión y los pasos (TAPs) del regulador.

Page 69: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Instalar Sistemas Estáticos de Alimentación Ininterrumpida (SEAI)

• Estos esquemas se alimentan por lo general de dos o tres fuentes. Dos de corriente alterna y una batería.

• La alimentación proviene de una de las dos fuentes o de una batería.• La batería siempre se está cargando y se le está verificando su

confiabilidad continuamente.

Page 70: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Formas de trabajo de los SEAIs• Trabajo ON-LINE

– Se emplea para consumidores de gran potencia– El SEAI siempre está trabajando mediante la RED 1 es decir, a través

del rectificador y la batería, por tanto, si existe un hueco, el ondulador no lo percibirá por que la tensión de la batería no cambiará.

– Para conseguir más potencia se pueden emplear varios SEAI conectados en paralelo.

– Si existe sobre carga se pueden potenciar empleando la RED 2 mediante el contactor estático.

– Si hay problemas en la electrónica, se puede reparar a través de un bypass o salto de emergencia.

• Trabajo OFF-LINE– Siempre está directo de la RED 2 que puede ser la misma que la RED

1 y si existe una perturbación pasa a trabajar mediante el ondulador, el rectificador y la batería. Esto provoca cortes de 2 a 10 ms.

Page 71: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Formas de onda de la salida de los SEAIs

• No todos los inversores que se emplean en los SEAIs tienen salida sinusoidal y esto los diferencia en cuanto a costo y la capacidad de no generar otros problemas de calidad de la energía.

Page 72: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Fuentes de Alimentación Rotativa Ininterrumpida

• Existen varios tipos de fuentes rotativas ininterrumpidas, pero todas basan su funcionamiento en generar la electricidad con máquinas eléctricas o generadores que se mueven por un motor eléctrico. El costo de estas soluciones es su principal desventaja.

Se mantiene el servicio limpio durante las perturbaciones con la ayuda de un

motor diesel

Se mantiene el servicio limpio durante las perturbaciones con la ayuda de una

batería de CD

Page 73: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Conmutación en las redes• Un dispositivo al detectar una perturbación da una orden de

cambiar a otra fuente de alimentación y si es necesario se desconectan las cargas no prioritarias.

• Existen varios tipos de conmutaciones:– Sincrónicas ∆t = 0– Con cortes ∆t = 0.2s a 30s– Pseudo – sincrónicas (0.1s < ∆t < 0.3 s)

• Se deben de tomar en cuenta muchas precauciones:– La re-aceleración de los motores que pueden provocar bajas tensiones

y aumentar el tiempo de arranque y por tanto incrementar el calentamiento.

– Si esto es inevitable, entonces un controlador debe permitir un arranque en cascada de los motores.

Page 74: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Instalar Grupos Electrógenos• En sistemas donde se precisa una autonomía mucho mayor

entonces se instalan los Grupos Electrógenos.

• Si no se toleran cortes de tensión, estos se emplean en unión con los SEAIs de corta duración, los cuales permiten el arranque y el alcance de los parámetros nominales del grupo para luego hacer la conmutación.

• Estos grupos pueden variar en potencia y velocidad de puesta en marcha. Así como pueden emplearse varios de ellos, conectados en paralelo. Emplean instalaciones auxiliares de combustibles, así como protecciones eléctricas adecuadas, entre otros sistemas auxiliares.

Page 75: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Instalar Compensadores Electrónicos• Estos son equipos digitales muy costosos y eficientes.

• Normalmente se emplean para compensar la potencia reactiva y reaccionan a los huecos o cortes de forma muy rápida.

• Están adaptados para cargas que varían rápidamente y con cambios bruscos como:– Soldadores– Elevadores– Prensas– Machacadoras– Arranque de motores

Page 76: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Permitir Paradas Adecuadas • Si las paradas son inevitables o resultan muy

costosas, es importante impedir que se produzcan arranques o re-energizaciones no controladas que puedas poner en peligro a las personas, las máquinas o los sistemas.

• Un controlador que puede ser un PLC u otro tipo debe permitir:– Un arranque controlado según las potencias e

importancias de las máquinas– Un arranque sin peligro para los operarios y sistemas, – Así como seguir una secuencia de arranque

preestablecido durante la energización.

Page 77: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaSoluciones para las Perturbaciones

Soluciones para los armónicos

La solución para los armónicos pasa por conocer a fondo sus orígenes y las consecuencias que estos producen en los sistemas, así como las particularidades de circulación por las redes.

Page 78: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Soluciones para los armónicos

• Existen numerosas formas de limitar y reducir la contaminación armónicas en los sistemas, pero tres formas son las más generalizadas:– Reducción de las corrientes armónicas producidas por

algunos consumidores– Modificación de la instalación– Cancelación de los armónicos.– Empleo de Filtros

Page 79: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Reducción de la contaminación

• Sustituir dispositivos que contaminan por otros que no lo hacen, quizás un poquito menos ahorradores.

• Instalar reactancias en la entrada de los convertidores de potencia para reducir la contaminación de los mismos.

• Cambiar los convertidores por otros de 6 y 12 pulsos según corresponda el análisis ecómico.

Page 80: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Sustituir los equipos contaminantes• Un ejemplo de esta medida es el hecho de utilizar lámparas

incandescentes en lugar de lámparas ahorradoras.– Las lámparas ahorradoras son muy económicas en cuanto a su

consumo, pero son altas contaminadoras.– Las lámparas fluorescentes de balastros magnéticos “no

electrónicos” también son económicas y mucho menos contaminantes.

• Otro ejemplo es el empleo de convertidores limpios que utilizan la técnica de PWM luego de una etapa de rectificación. Estos convertidores también se conocen como convertidores con muestreos sinusoidales.

Estas medidas necesitan una valoración técnica y económica profunda. Por ejemplo, los convertidores “limpios” son mucho más costosos que los convencionales.

Page 81: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Convertidores limpios• Existen actualmente algunos convertidores de potencia que

fuerzan a que la corriente que se consuma sea sinusoidal y por tanto, son llamados también Convertidores de Muestro Sinusoidal.

• Estos convertidores pueden ser entre otros:– Rectificadores– Cargadores de baterías– Variadores de velocidad

• En todos los casos se emplea la técnica de Modulación de ancho de pulso.

• Existen dos grandes familias:– Que el rectificador actúe como fuente de tensión (más frecuente)– Que el rectificador actúe como fuente de corriente

Page 82: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Convertidores con fuente de tensión

• El conjunto transistor - diodo actúa como modulador y siempre fuerza a la corriente a que se comporten de manera sinusoidal.

Page 83: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Instalar reactancias en los convertidores• Las reactancias o los inductores no permiten la variación brusca de la

corriente y por tanto, es un filtro natural de las contaminaciones armónicas.

• Se emplean reactancias en la alimentación de los convertidores para así reducir el grado de contaminación de los mismos, pero no lo eliminan en su totalidad e incluso la incrementa en el propio convertidor.

Page 84: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Cambiar los rectificadores de 6 pulsos por rectificadores de 12 pulsos

• Los rectificadores de 6 pulsos normalmente generan una corriente armónica caracterizada por armónicos que cumplen la relación 6h± 1.

• Los rectificadores de 12 pulsos normalmente generan una corriente armónica caracterizada por armónicos que cumplen la relación 12h± 1.

• Los generadores más elevados son más fáciles de eliminar sin afectar el trabajo normal del sistema a la frecuencia fundamental.

Page 85: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Rectificador de 6 o 12 pulso comparación

Rectificador de 12 pulsos

Rectificador de 6 pulsos

Page 86: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Modificación del sistema de potencia• Estas medidas normalmente son costosas.• Se pueden identificar las cargas contaminantes y dedicarle un

transformador específico y dedicado a esta, separándola de la carga sensible.

• Acercar las cargas sensibles a la fuente de alimentación, mientras más cerca se conectan menores afectaciones de contaminación de la tensión.

• Si la red es muy contaminada hay que dimensionar adecuadamente a los capacitores y sus accesorios, dado que por ellos, pueden circular altas corrientes e incluso elevarse la tensión considerablemente.

• Muchas veces se colocan bobinas anti-armónicas en serie con los condensadores, alejándolo de la frecuencia que generan las corrientes contaminantes.

• Se cambian las configuraciones del neutro del sistema de potencia. Ejemplo, si se eliminan los neutros, se eliminan los 3ros, 6to, 9no y otros armónicos.

Page 87: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Instalación de reactancias anti-armónicas

• La impedancia equivalente de los sistemas de potencia cambia considerablemente en las siguientes condiciones:– Sistemas sin compensación de las potencias reactivas– Sistemas con compensación de potencia reactiva– Sistemas con reactancias anti-armónicas

Los valores máximos y mínimos de la impedancia del sistema de potencia cambia y por tanto, con este cambio se está modificando la reacción o respuesta del sistema ante la contaminación.

Page 88: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Cancelación de los armónicos• Con algunas conexiones de los transformadores se

pueden eliminar determinados ordenes de armónicos de las señales contaminadas.

La conexión en zigzag puede eliminar los terceros armónicos y sus múltiplos

Conexiones de transformadores en delta - estrella en paralelo con transformadores delta - delta,

puede eliminar los armónicos 5tos y 7mos

Page 89: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Instalación de filtros• Existen tres tipos de clasificaciones de filtros, pero en todos los

casos su instalación debe ser cuidadosa y es más recomendable cuando la potencia de la carga contaminante con respecto a la potencia de cortocircuito del sistema es mayor que un 60%.

– Filtros Pasivos: Sintonizado simple y Pasa altas• Se pueden instalar varios filtros para atacar una carga contaminadora.• Estos cambian la impedancia equivalente del sistema de potencia y por tanto pueden

ser peligrosos.• Compensan la potencia reactiva en el sistema.

– Filtros Activos• Se construye la misma corriente de contaminación que consume la carga y se inyecta

a la red pero con signo contrario, por tanto se eliminan todos los armónicos sin influencia en la impedancia del sistema.

– Filtros híbridos• Es la combinación de los anteriores métodos de filtrado tomando las ventajas de cada

uno.

Page 90: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Resumen del filtrado de armónicas

Page 91: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaSoluciones para las Perturbaciones

Soluciones para las sobretensiones

La solución para las sobretensiones depende del tipo y naturaleza de la sobretensión, así como un análisis técnico y económico profundo antes de asumir cada medida.

Page 92: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Solución para las sobretensiones a frecuencia fundamental

• Cuando los sistemas están consumiendo poca potencia es recomendable desconectar los bancos de capacitores, para evitar la sobre compensación y las sobretensiones que en ellas aparecen.

• Evitar y estudiar las condiciones que produzcan ferro-resonancia.

• Instalar cambia TAP automáticos bajo cargas, que ajusten las tensiones de las subestaciones con cambios de cargas.

Page 93: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Solución de sobretensiones de maniobra

• Evitar las sobretensiones transitorias producidas en la conexión de capacitores mediante reactancias de choque.

• Emplear capacitores estáticos que controlan el momento de la conexión.

• Aterrar correctamente las instalaciones del sistema como los consumidores, dado que muchos dispositivos electrónicos empleados en el control de bancos de capacitores y otros, no toleran sobretensiones. Si los circuitos electrónicos no se aterran, los filtros de sobretensiones y de contaminación electromagnéticas instalados en ellos, no pueden hacer su función.

Page 94: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Protección contra descargas atmosféricas

• Las descargas atmosféricas generan sobretensiones muy peligrosas y perjudiciales para las instalaciones del sistema de potencia, como para las instalaciones industriales y sociales.

• Se clasifican en dos tipos:– Protecciones primarias:

• Es la protección contra el impacto directo del rayo (jaulas y mallas de faraday, punta de franklin, cable de protección, pararrayos de cebado, entre otros )

– Protecciones secundarias:• Se emplean varias etapas de protección instalando varios

supresores de tensión en diferentes niveles del sistema de potencia. Algunos más hacia la subestaciones y otros más cercanos al consumidor.

Page 95: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaSoluciones para las Perturbaciones

Soluciones para las fluctuaciones de tensión

La solución para las fluctuaciones de tensión dependen del tipo y potencia del sistema y de sus consecuencias técnicas y económicas.

Page 96: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Soluciones para las fluctuaciones• Eliminar las lámparas sensibles a las fluctuaciones. Por ejemplo, las

lámparas fluorescentes son menos sensibles a las fluctuaciones que las incandescentes.

• Utilizar fuentes ininterrumpibles. Esta solución es costosa y depende que los consumidores sensibles estén identificados y agrupados.

• Cambiar los métodos de arranque de motores que poseen arranques frecuentes.

• Conectar los sistemas de alumbrado lo más cerca posible de la subestación o de la fuente, así las fluctuaciones serán menores.

• Alejar las cargas perturbadoras de los circuitos de alumbrado, quizás con otro transformador.

Page 97: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Resumen de las soluciones a las perturbaciones

Page 98: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaSoluciones para las Perturbaciones

Introducción a los Sistemas de Puesta a Tierra en los

Circuitos eléctricosLos Sistemas de Puesta tienen sus propias problemáticas y soluciones, pero un sistema eléctrico sin un correcto sistema de puesta a tierra no es un sistema eléctrico de calidad.

Page 99: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Propósito de la Puesta a tierra• Seguridad de las personas.

• Asegurar que los dispositivos de protección actúen.

• Conducción y dispersión de las corrientes de los rayos en la tierra.

• Reducir la diferencia del potencial de tierra bajo condiciones peligrosas de sobrecorrientes por tierra.

• Mantener el voltaje entre fase a tierra a valores tolerables, en los sistemas eléctricos, durante cortocircuitos a tierra.

Page 100: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Seguridad de las personas• Si alguna fase o cable con electricidad pierde

el aislamiento necesario y hace contacto con el chasis del equipo, entonces las personas que trabajan en la subestación pudieran estar en contacto con la electricidad.

• En las industrias pueden ser los chasis de los motores, pero puede ser más peligroso este fenómeno en las subestaciones eléctricas.

• Si el chasis y todas las partes metálicas de los equipos y estructuras se conectan a tierra mediante cables de muy baja impedancia, entonces la persona no estará expuesta a una tensión peligrosa.

• La tensión se iguala idealmente al potencial de tierra, y por tanto entre el chasis y la tierra, donde está la persona no existirá diferencia de potencial.

• El largo y la sección transversal del conductor que se emplee para aterrizar el chasis y las partes metálicas de los equipos son factores muy importantes para la seguridad de las personas.

Page 101: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Asegurar que los dispositivos de protección actúen

• Al existir un contacto de entre un cable y el chasis, el sistema de puesta a tierra crea un camino de baja impedancia hacia la fuente.

• Si la impedancia del camino creado por el sistema de puesta a tierra es suficientemente baja, una corriente elevada circulará desde la fuente hasta el equipo que ha fallado.

• Esta corriente será suficiente como para que las protecciones la detecten y desconecten el circuito.

Page 102: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Conducción de las corrientes de los rayos a tierra

• Cuando caiga un rayo, las protecciones lo van a derivar hacia el sistema de puesta a tierra (electrodos o maya a tierra).

• El sistema de puesta a tierra, va a derivar las corrientes del rayo hacia la profundidad de la tierra.

• Evitando que esta elevada corriente suba hacia otros sistemas a tierra o instalaciones eléctricas y las destruyan.

Page 103: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Reducir la diferencia de potencial en el sistema de puesta a tierra

• Al circular una elevada corriente por el sistema de puesta a tierra o por la tierra, entonces una diferencia de potencial o voltaje existirá entre un punto y otro de la tierra.

• Esta diferencia puede ser peligrosa tanto para las personas como para muchos equipos sensibles.

Page 104: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaLos Sistemas de Puesta a Tierra

Las exigencias impuestas al Sistema de Puesta a Tierra

Los Sistemas de Puesta a Tierra tienen que cumplir con numerosas exigencias para que su funcionamiento sea lo eficaz que se espera para la situación en que se estén utilizando.

Page 105: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Exigencias impuestas al cable de retorno de tierra hacia el neutro

• Ser continuo y permanente.• Tener la capacidad de soportar las corrientes de

cortocircuitos que puedan ocurrir a tierra.• Tener la suficiente baja impedancia como para

reducir el voltaje de tierra y permitir la operación de las protecciones de tierra.

• Nunca se debe permitir que el suelo sirva como camino o parte del sistema de potencia.

Page 106: Calidad de Los Sistemas de Potencia

El cable de protección o cable de tierra debe ser continuo

• Si el cable de tierra no es continuo, cualquier empalme o unión con otro cable, aumenta su impedancia provocando una disminución de la corriente y aumentan la diferencia de potencial.

• Si la corriente disminuye, disminuye la capacidad del sistema de puesta a tierra de derivar la avería hacia tierra.

• Si aumenta el potencial de tierra, se crea una diferencia de potencial entre el neutro y la tierra, llegando a ser peligrosa para los equipos y personas.

Page 107: Calidad de Los Sistemas de Potencia

El cable de tierra debe tener capacidad de soportar las corrientes de cortocircuitos

• Generalmente durante averías, grandes corrientes circulan desde el punto de falla hacia la subestación o el transformador, utilizando los conductores del sistema de puesta a tierra.

• Estos conductores deben tener suficiente sección transversal o calibre como para soportar estas corrientes sin deteriorarse durante las averías.

• Algunas veces, son corrientes de descargas atmosféricas muy elevadas y los cables de tierra deben soportarlas.

Page 108: Calidad de Los Sistemas de Potencia

El sistema de puesta a tierra debe tener baja impedancia

• La baja impedancia debe ser una característica fundamental del sistema de puesta a tierra.

• Cuando existe baja impedancia, esto provoca que las corrientes de averías o del rayo, busquen o utilice este camino para su viaje hacia la tierra. Sino subirán a utilizar los conductores del sistema de potencia, siendo esto muy peligroso.

• La baja impedancia provoca menor potencial de contacto y por tanto menor peligro para la vida humana.

Page 109: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Por la tierra no debe circular la corriente del sistema de potencia

• Normalmente, por el sistema de puesta a tierra no debe circular las corrientes del sistema de potencia.

• Si por algunas circunstancias, las corrientes del sistema de potencia circulan por la tierra, se aumentará la corrosión de estos sistemas de puesta a tierra y provocar su afectación de forma prematura.

• Las corrientes por el sistema de puesta a tierra crean diferencias de potencial que pueden ser peligrosos para equipos y personas.

Page 110: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Calidad de la energíaLos Sistemas de Puesta a Tierra

Problemas frecuentes que se encuentran en los Sistemas

de Puesta Tierra

En los Sistemas de Puesta a Tierra se encuentran frecuentemente numerosos problemas que les provoca un ineficaz funcionamiento.

Page 111: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Problemas frecuentes de un sistema de puesta a tierra

• Rotura del cable de protección de tierra.• Conexión en paralelo entre el neutro y el

cable de protección de tierra. • Electrodos de puesta a tierra adicionales para

equipos sensibles y en paralelo con el sistema de puesta a tierra.

• Lazos eléctricos con la tierra.• El conductor neutro tiene un pequeño calibre.

Page 112: Calidad de Los Sistemas de Potencia

El cable de puesta a tierra está roto

• Si ocurre una avería o una pérdida de aislamiento entre la fase y el chasis de un equipo, este adquiere el potencial de fase y no habrá disparos de las protecciones, por tanto, un peligro por contacto directo con el potencial de fase.

Page 113: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Conexiones con el cable de neutro y protección de tierra en paralelo

• Este tipo de conexiones no es aconsejable, porque crea un camino en paralelo para el retorno de la corriente y afecta a las protecciones.

• La corriente que normalmente viene o va por el neutro, se divide en dos vías, una parte va por el neutro y otra por el cable de protección de tierra.

• Esto resta corriente por el neutro y por tanto, provocará que la protección de desbalance por ejemplo pierda sensibilidad o dispare sin haber avería.

• Si por la tierra circula corriente, esto puede aumentar la corrosión del sistema de tierra y al mismo tiempo aumentar su resistencia.

Page 114: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Un sistema de tierra adicional para equipos sensibles

• Muchas normas no permiten este tipo conexiones especiales debido a que pueden ser un camino adicional de descarga de elevadas corrientes y por tanto, daños para el equipo.

• Muchos técnicos suelen hacer este tipo de conexión para aquellos equipos muy sensibles y no se percatan que pueden estar añadiendo más problemas.

Page 115: Calidad de Los Sistemas de Potencia

Lazos eléctricos en los sistema de puesta a tierra

• Algunas veces se forman lazos en los sistemas de puesta a tierra que son perjudiciales.

• Si ambos sistemas A y B poseen sistema de aterramientos independientes y además están enlazados, una corriente puede estar constantemente circulando y provocando problemas a los equipos más débiles.

• Las corrientes en el lazo pueden provocar calentamiento adicional y por consiguiente deterioro del aislamiento.

Fuente: C. Sankaran. Power Quality. CRC Press. USA. 2002.

Page 116: Calidad de Los Sistemas de Potencia

La Calidad en los Sistemas Eléctricos es una temática muy amplia que necesita de varias

personas en una Empresa Eléctrica de Distribución

Cuando se analiza la Calidad Total de un Sistema Eléctrico se deben abordan casi todas las temáticas de la electricidad (protecciones, puestas a tierra, regímenes estacionarios y transitorios, máquinas eléctricas, entre otras muchas).