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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

DOCENTE:

CURSO: METODICA DE LA COMUNICACION INTEGRANTES:

TEMA: CALIDAD DE LA ENERGIA

FECHA DE ENTREGA: 28/06/2018

BELLAVISTA – CALLAO INDICE

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Objetivo General Calidad de Energía ¿En qué consiste? ¿Por qué es importante? Consideraciones sobre la distribución de la energía eléctrica Los niveles de voltaje y configuraciones Conexión a Tierra Perturbaciones en el sistema eléctrico Impulso Armónicas Notching Ruido Tecnologías comerciales de protección y mejora de la calidad de la energía. Corrección factor de potencia Conclusión Recomendaciones Anexos Bibliografía

INTRODUCCIÓN

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

OBJETIVOS

 Definición de Calidad de Energía, la importancia de esta misma y su consistencia.  Conocer sobre la distribución de la energía y para que funciona la conexión a tierra.  Investigar las perturbaciones que generalmente ocurren en el sistema eléctrico.  Recomendaciones para evitar pérdidas económicas y materiales.

CALIDAD DE ENERGÍA

EL CONCEPTO DE CALIDAD: “Es la satisfacción del consumidor respecto al producto qu e compra.” La calidad de energía eléctrica desde el punto de vista teórico: “Es la energía que se suministra con tensiones equilibradas, senoidales, con amplitud y frecuencia constante.” Calidad de energía eléctrica desde el punto de vista práctico: “Energía eléctrica de buena calidad es aquella que garantice el buen funcionamiento continuo, seguro y adecuado de los equipos eléctricos y procesos asociados, sin afectar el medio ambiente y el bienestar de las personas” ¿En qué consiste? La calidad de suministro eléctrico consiste en la combinación de las variaciones en la tensión, corriente y frecuencia del sistema eléctrico que afectan adversamente al equipo eléctrico y electrónico. Esta debe asegurar la continuidad y la confiabilidad de operación de la tecnología al servicio de su empresa. ¿Por qué es importante? El crecimiento en la fabricación y en la utilización de dispositivos electrónicos sensibles en las industrias, así como el aumento de cargas no lineales en las mismas, ha traído consigo una serie de nuevos retos tanto para las empresas proveedoras de servicios eléctricos como para los consumidores de la energía eléctrica. Estos retos, traen una serie de problemas que afectan el funcionamiento del equipo eléctrico instalado en el cliente final de una empresa eléctrica, se resume en un solo término: La Calidad de Energía. Este tema ha tomado gran relevancia en el campo de la ingeniería eléctrica, debido a la evaluación de los sistemas eléctricos y su calidad de energía resulta importante tanto por factores técnicos como económicos, en los cuales se pueden mencionar:  Aumento en la vida útil de los equipos.  Funcionamiento eficiente de los mismos.  Se reduce el riesgo de demandas.  Menor riesgo de fallas, mejor estado de operación. Con una buena calidad de energía el consumidor ya sea en una residencia, comercio o industria y los niveles de potencia, háblese de tensión, corriente o frecuencia estarán dentro de los valores adecuados para el buen funcionamiento de los equipos. ¿Qué es un problema de Calidad de Energía? Podemos decir que existe un problema de calidad de la energía eléctrica cuando ocurre cualquier desviación de la tensión, la corriente o la frecuencia que provoque la mala operación de los equipos y deteriore la economía o el

bienestar de los usuarios, e igual cuando ocurre una interrupción en el flujo de la energía eléctrica. ¿Cómo afecta la calidad de energía la operación del equipo eléctrico? La calidad de energía, es el grado en el cual la utilización y el suministro de potencia eléctrica afectan la operación del equipo eléctrico. Otra forma para describir la calidad de energía es en términos de voltaje. Cualquier desviación de la magnitud o frecuencia de la onda senoidal de voltaje puede ser considerada como un disturbio en la calidad de energía. Cuando se usan estas definiciones, es importante no pasar por alto los siguientes factores:  Rango de aceptación en el diseño de equipos eléctricos sensibles y compatibles con el sistema.  Selección, instalación y conexión a tierra de equipos eléctricos.  La mejor medición de la calidad de energía es la capacidad del equipo eléctrico para operar de una manera satisfactoria, dándole su propio cuidado y mantenimiento.  La carga deberá ser seleccionada y adaptada para ser compatible con el sistema eléctrico.  Los factores que más contribuyen a los problemas asociados con la calidad de energía son los siguientes:  Cargas sensibles.  Complejidad de equipos e instalaciones.  Equipos que provocan disturbios. CONSIDERACIONES SOBRE LA DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. Como se sabe, la potencia eléctrica se genera en varias centrales distantes entre sí y el de centros de consumo, eléctricamente y geográficamente se envía hacia los centros de consumo en alta tensión a través del sistema de transmisión, de donde se toma del sistema de transmisión y se envía por medio del sistema de subtransmisión hacia las redes de distribución donde se distribuye localmente. El voltaje del sistema local de distribución se reduce a un nivel apropiado y se conecta a la acometida del usuario. LOS NIVELES DE VOLTAJE Y CONFIGURACIONES  La energía suministrada al usuario puede ser mono fásica o trifásica.  La energía monofásica se suministra usualmente para usuarios residenciales, de oficina y comercios pequeños.  El nivel de voltaje típico para la alimentación monofásica es de 127/220V  La alimentación trifásica se proporción generalmente a usuarios comerciales, agrícolas e industriales de consumos mayores.

 Los niveles de voltaje para alimentaciones trifásicas para usuarios comerciales e industriales en baja tensión son de 220, 440 y 480 V, medidos de fase a fase. LA DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA AL USUARIO.  La alimentación eléctrica llega al usuario a través de la acometida y pasa a través del medidor al centro de carga (también conocido como “caja de fusibles, “tablero de interruptores”.)  En sistemas de distribución grandes, estos centros de carga pueden alimentar a su vez a otros centros de carga.  Se utiliza un transformador si se requiere un voltaje diferente o aislarse del resto del sistema de distribución.  El transformador crea efectivamente un nuevo sistema de alimentación y un nuevo punto de conexión a tierra neutro. CONEXIÓN A TIERRA La conexión a tierra es uno de los aspectos más importantes en un sistema de distribución de energía eléctrica, pero también de los que menos importancia se les da. La conexión a tierra se ha establecido de una manera eficiente y sirve para los siguientes propósitos:  Proteger la vida de las personas de un shock eléctrico y a la propiedad de daños.  Limitar el voltaje de un circuito cuando es expuesto a voltajes más altos de los que fue diseñado.  Facilita la operación de aparatos y sistemas eléctricos. PERTURBACIONES EN EL SISTEMA ELÉCTRICO. Una fuente de suministro de energía perfecta sería aquella que estuviese siempre disponible, dentro de las tolerancias de tensión y frecuencia exigibles y que presente un perfil de onda perfectamente senoidal libre de perturbaciones. Las perturbaciones en el sistema son variaciones generalmente temporales en la tensión del sistema, pueden causar mala operación o fallas del equipo o sistema. A continuación se mencionan tipos de perturbaciones en el sistema eléctrico 1. TRANSITORIOS (cambios repentinos en las condiciones de la red) Impulso  Es un cambio repentino de potencia a una frecuencia distinta de la fundamental, es unidireccional en su polaridad (+ ó -).  La causa más común son las descargas atmosféricas. Estas involucran altas frecuencias que son amortiguadas por la componente resistiva del circuito por lo que no son conducidas a largas distancias de

la fuente. Pueden transitorios.

excitar

la resonancia de los circuitos y producir

Gráfica 1.1 Transitorios Impulsivos Oscilatorios  Son transitorios cuyo valor instantáneo de voltaje cambia rápidamen te de polaridad.  Son ocasionados por maniobras de equipos, como maniobras de líneas, bancos de capacitores. Cada uno de ellos tiene un rango de tiempo y de frecuencia característica.

Gráfica 1.3 Transitorios Oscilatorios Interrupciones de servicio.  Son los decrementos de voltajes de alimentación por un periodo de tiempo que excede a 1 minuto.  Regularmente son fallas de naturaleza permanente, que es necesario la intervención manual para su restauración.

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

Gráfica 2.1 Representación gráfica de una distorsión armónica en un sistema

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

Gráfica 2.2 Representación gráfica del efecto notching en un sistema.

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

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

3. FLUCTUACIONES DE TENSIÓN O VOLTAJE Significa una disminución momentánea en la magnitud del voltaje rms, con duración que va desde 10ms (0.6 ciclos) hasta 2.5s (150 ciclos), causado por una falla remota en algún lugar del sistema de potencia. Las condiciones de alto o bajo voltaje pueden representarse en circuitos durante la desconexión de cargas de gran tamaño o durante periodos de sobrecargas. 4. VARIACIONES EN LA FRECUENCIA La frecuencia de un sistema está definida por la relación entre la carga y la capacidad disponible de generación, si este balance cambia se presentan pequeños cambios en la frecuencia. La duración y magnitud de los cambios dependen de las características de la carga y de la respuesta del sistema ante dichos cambios. TECNOLOGÍAS COMERCIALES DE PROTECCIÓN Y MEJORA DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA El principal factor que se encuentra detrás de los conceptos de la calidad en el suministro de la energía eléctrica es el incremento en la productividad para los clientes finales de las empresas eléctricas. Por ello se han venido desarrollando una gran variedad de equipos que permitan eliminar los disturbios eléctricos con el fin de que el cliente se mas productivo. Así pues podemos definir tres niveles de protección para poder garantizar la calidad de la energía: Nivel 1. Supresores de picos y transformadores de aislamiento Nivel 2. Acondicionadores de línea Nivel 3. UPS y plantas de emergencia NIVEL 1: SUPRESORES DE PICOS Y TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO En este nivel se cubren los siguientes problemas como son los picos de voltaje, el ruido eléctrico, así como las armónicas. Supresores de picos La familia de supresores de picos de voltaje son dispositivos con Varistor de Óxido Metálico (MOV) para trabajo pesado que actúan como poderosos protectores contra descargas atmosféricas. Se instalan fácilmente en la entrada

de la acometida eléctrica de cualquier instalación residencial, comercial o industrial y cuando un pico de voltaje causado por un rayo o por el encendido/apagado de cargas inductivas llega por los cables eléctricos, el dispositivo los recorta inmediatamente a un nivel seguro, absorbiendo la energía destructiva y disipándola hacia tierra. El supresor también protege contra sobrevoltajes transitorios de menor intensidad, generalmente inducidos en los cables eléctricos por la conmutación o el reencendido de circuitos en la empresa que suministra la energía, los cuales pueden ser extremadamente destructivos para muchos equipos electrónicos. En los supresores de picos se manejan tres clases de protecciones.

Clases de supresores de picos

Clase A. Se instalan en los tableros que van hacia las cargas, son los más pequeños en tamaño y en capacidad de descarga. Clase B. Se colocan en tableros intermedios de distribución y tienen una mayor capacidad de descarga. Clase C. Se instalan en tableros principales a nivel subestación y su capacidad es mucho mayor que las anteriores. La mejor manera para seleccionar un supresor de picos es tener en cuenta los siguientes puntos:  El voltaje del tablero que se va a protege.  La cantidad de fases con las que se cuenta  La configuración del tablero (Δ o Υ) Para el caso particular de los supresores de clase C también hay que tener en consideración:  El voltaje de la subestación  La capacidad de la subestación  La ubicación geográfica de la subestación Transformadores de aislamiento Los transformadores ferrosonantes son un tipo especial de transformador de laminado que proporciona una salida regulada. Estos a veces son conocidos simplemente como “ferros” o “CVT” (Transformador de Tensión Constante).Usan una estructura especial magnética y un condensador, pueden suministrar una tensión de salida bien regulada que se mantienen constante a pesar de los

cambios en el voltaje de entrada y de carga. En algunas aplicaciones especializadas estos dispositivos pueden estar diseñados para suministrar una salida de corriente constante. Otra ventaja inherente es que el ferro sirve como un filtro de paso bajos eliminado de forma eficaz transitorios y sobretensiones. Las aplicaciones típicas de los transformadores de aislamiento con protección electrostática incluyen:  Supresión de oscilaciones momentáneas y ruido que viaja de la fuente de las cargas sensibles.  Supresión de oscilaciones momentáneas y ruido en el punto donde se originan, previendo su inducción de la fuente a los alimentadores.  Proveer aislamiento de un circuito a otro. NIVEL 2: ACONDICIONADORES DE LÍNEA En este nivel se cubren todos los problemas del nivel 1 así como las ampliaciones “swell”, depresiones “sags”, muesca “notch”. Para este nivel los equipos se protegen con los acondicionadores de voltaje en donde estos se dividen en dos categorías muy importantes. Acondicionadores ferrosonantes: Los acondicionadores ferrosonantes son exclusivamente monofásicos, trabajan con el principio de saturación del núcleo, este tipo de de acondicionadores es muy usado para trabajos donde las condiciones de energía son muy adversas y no se les puede estar dando un mantenimiento constante, generalmente son utilizados en la industria para alimentar centros de carga de equipo de cómputo. Acondicionadores Electrónicos: Este tipo de acondicionadores cuenta con un sofisticado sistema de control, el cual constantemente monitorea el voltaje de entrada al acondicionador y por medio de su sistema de control ajusta internamente al trasformador para que entregue el voltaje que se requiere de salida. Para poder seleccionar un acondicionador de línea ideal, primero se tiene que tener bien definido el uso que se le va a dar, sobre todo en un sistema monofásico, para poder así saber si se instalara un ferrosonante o un electrónico. Una vez establecido el uso se debe conocer el voltaje de alimentación para el acondicionador, seguido a esto se debe conocer el voltaje de la carga que se va a alimentar con el acondicionador, la configuración del tablero y por último la cantidad de carga en VA. NIVEL 3: UPS Y PLANTAS DE EMERGENCIA En este último nivel de protección se cubren los problemas del nivel 1 y 2, así como los problemas de parpadeo “flicker” e interrupciones de energía. Para este nivel los equipos que nos ayudan a proteger son los UPS y las plantas de emergencia. UPS El UPS por sus siglas en inglés, sistema de energía ininterrumpida su principal función es el proveer energía continua y de calidad a una carga critica al momento de existir un evento parcial o total de pérdida de energía en el suministro eléctrico,

los UPS (Figura 2.10) manejan distintas topologías según se requiera por ejemplo tenemos: On-line UPS. Es llamado en línea debido a que el inversor se encuentra dentro de la línea principal de energía ya que siempre se encuentra operando. Esta tecnología es la más cara de todas, pero es la que ofrece el mayor nivel de protección. Standby UPS. Este tipo de UPS se encarga de monitorear la entrada de energía cambiando a la batería apenas detecta problemas en el suministro eléctrico. Ese pequeño cambio de origen de la energía puede tomar algunos milisegundos (tiempo de conmutación) lo cual puede afectar a algunos aparatos sensibles. Es standby porque el inversor se encuentra apagado en estado de espera de que sea requerido para encender. Es el más económico debido a que integra pocos elementos. Hybrid UPS. Similar en el diseño al UPS en espera, el UPS híbrido utiliza un regulador de voltaje a la salida del UPS que provee regulación a la carga.

Diagrama básico de un UPS

Plantas de emergencia La función principal y primordial de una planta eléctrica de emergencia es suministrar energía eléctrica a una carga debido a que el proveedor comercial ha dejado de suministrar la energía por un tiempo indeterminado. Las aplicaciones de las plantas de emergencia son realmente pocas, sólo se utilizan en sistemas altamente protegidos en donde se requiere un tiempo de respaldo indeterminado. Las plantas de emergencia están formadas principalmente por un motor de combustión interna, el cual puede ser de dos o cuatro tiempos y puede ser alimentado por gasolina, diesel o gas natural. El motor diesel normalmente se acopla en forma directa a un generador de corriente alterna el cual puede ser monofásico o trifásico del tipo de inducción el cual transforma la energía mecánica del motor en energía eléctrica disponible de los bornes del generador. Las plantas de emergencia tienen tres partes principales:  Motor. Es la parte de la planta que se alimenta con combustible y se utiliza para mover la flecha del generador eléctrico.  Generador. Es la parte que convierte la energía mecánica del motor en energía eléctrica, esta es la parte que provee la energía eléctrica a nuestro sistema.

 Switch Transfer. Es la parte de control que monitorea a la compañía suministradora de energía y a la planta de emergencia indicando los valores de todos los parámetros. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA Y POTENCIA REACTIVA Se ha mencionado antes el uso de capacitores en paralelo para mejorar la regulación de voltaje de un componente o un sistema dados en los que el factor de potencia es bajo. La corrección del factor de potencia se puede justificar también por otras causas, como:  Abatir el costo de la energía eléctrica donde las tarifas de servicio eléctrico varían con el factor de potencia en el punto de medición.  Reducir las pérdidas de energía en conductores y transformadores.  Poder utilizar la capacidad total de transformadores, interruptores, barras colectoras y conductores para potencia real solamente, con los que se reducen la inversión de capital y los cargos anuales. La mayor parte de utilización requiere potencias real (activa) y reactiva para el funcionamiento satisfactorio. Las lámparas incandescentes y los calentadores de resistencia son dos excepciones. Sólo la potencia real desarrolla trabajo real, y el suministro de la potencia reactiva en la carga (en vez de desde cierta distancia) reduce la corriente de circuito requerida para suministrar la potencia real. Por conveniencia se repiten aquí las ecuaciones relevantes implicadas en cálculos de corrección de potencia. Para circuitos monofásicos:

VISIÓN DE LA TECNOLOGÍA QUE NOS AYUDA A MEJORAR LA CALIDAD DE LA ENERGÍA

Tecnologías par la calidad de energía

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

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

BIBLIOGRAFÍA Libros: 1. Gilberto Enrique Harper, (2006). El ABC de la calidad de energía eléctrica. 2. Dugan, R; McGranaghan, M; Santoso, S; Beaty, W. Electrical Power Systems Quality, 2 Edición, McGraw Hill, Estados Unidos de America, 1996. Páginas Web: Los gráficos correspondientes a los disturbios en el sistema eléctrico de distorsión de la forma de onda, notching y ruido fueron obtenidos de la siguiente página: http://www.fuzzycontrolsac.com/articulos/articulo1.htm.