martes, 16 de diciembre de 2008

Calidad de la energía eléctrica.

La corriente alterna que recibimos en el hogar o la industria responde a una forma y características determinadas que la definen.

Cuando se empezó a utilizar la energía eléctrica, prácticamente, se utilizaban receptores lineales y las compañías suministradoras se preocupaban solo de la continuidad del servicio, pero actualmente dada la utilización de receptores electrónicos que consumen corrientes no lineales produce en las ondas de corriente o de tensión distorsiones que nos pueden afectar en mayor o menor medida, tanto a consumidores como suministradores de energía eléctrica, por tanto, no solo es necesaria la continuidad del servicio sino también la calidad de la onda que debe cumplir unas características básicas.

Antes de mencionar los distintos tipos de perturbaciones que podemos encontrar en las redes eléctricas pasamos a definir las características básicas de una onda de corriente o tensión alterna.
Un alternador de corriente alterna produce una onda de tensión senoidal como podemos ver en la siguiente figura;

Onda senoidal y a la izquierda diagrama de Fresnel . Diagrama de Wikipedia.

Forma de la onda.

Viene definida por la siguiente expresión matemática y es la representación en el tiempo de la misma, esta expresión nos indica el valor instantáneo de una tensión o corriente. Para no confundir los valores eficaces de los instantáneos estos últimos se representan por letras minúsculas.

v(t)=Umáx.Sen(Ɯ.t)
i(t)=Imáx.Sen(Ɯ.t)

v(t) = Tensión instantánea en función del tiempo.
i(t) = Intensidad instantánea en función del tiempo.
Umáx= Tensión máxima, también llamada de pico o cresta.
Imáx = Intensidad máxima, también llamada de pico o cresta.
Ɯ = velocidad angular = 2.π.f = en Europa 2. π.50=314 rad/s
f = Frecuencia de la red.
t = tiempo en segundos.

Valor de pico a pico.

De una onda de tensión o corriente su valor pico a pico es el valor entre la cresta positiva y la cresta negativa.

Vpp = 2. Umáx.
Ipp = 2. Imáx.

En el caso de Europa Vpp = 2. 325 = 650 v

Valor eficaz

Para este valor existen diversas definiciones, pero la que creo que es más didáctica es la siguiente;
Valor de alterna que produce la misma disipación de potencia sobre una resistencia que un valor de corriente continua, es decir, valor de alterna que es equivalente al valor de continua.

Vrms = Umáx./1,41 = 325/1,41 = 230 v

Normalmente cuando medimos con un voltímetro cualquier tensión en nuestras redes el valor que nos da es precisamente el valor eficaz o rms (root mean square, raíz de la media cuadrática).

Tensión máxima positiva, Tensión máxima negativa y Tensión pico a pico de una onda de corriente alterna.

Valor medio de la señal o factor de forma.

Matemáticamente el valor medio de una onda senoidal periódica es cero, ya que ambos semiciclos son iguales, cuando hablamos del valor medio corresponde al valor medio de un semiciclo.

Vm=Vrms/Vmed = 1,11 para una señales senoidales.

Por tanto cuando nos alejamos de 1,11 por exceso o defecto la señal deja de ser senoidal, por ejemplo:

- Factor de forma de una onda rectangular = 1,00
- Factor de forma de una onda semicircular = 1,04
- Factor de forma de una onda triangular = 1,15



Frecuencia y periodo de una señal.

La frecuencia se define como la cantidad de veces que esa señal se repite en el tiempo, en Europa el valor es 50Hz o ciclos por segundo (cps), en aplicaciones especiales como las aeronáuticas se utilizan 400 Hz.

El periodo de la señal es el tiempo que tarda la señal en repetirse.

F = 1/T = 1/0,02 = 50 Hz
T = 1/f = 1/50 = 0,02 = 20 ms



Factor de cresta o de amplitud.

Este factor representa la deformación de la onda, relaciona el valor máximo entre el valor eficaz de la señal.

CF = Vmáx./Vrms = 325/230= 1,41 este valor indica que el valor máximo es 1,41 veces superior al valor eficaz de la señal.

Factor de cresta o de amplitud de una onda rectangular = 1,00
Factor de cresta o de amplitud de una onda semicircular = 1,22
Factor de cresta o de amplitud de una onda triangular = 1,71

Para aclarar la importancia de este valor pondré un ejemplo;

si disponemos de un motor eléctrico cuyos bobinados están diseñados para la circulación de una intensidad eficaz de 100 A de una señal senoidal la intensidad máxima que podrá circular por los bobinados será 100. 1,41 = 141 A, por el motivo que sea si la señal deja de ser senoidal y su factor de cresta vale 2, entonces 100.2 = 200 A!, como se puede apreciar pasan 59 amperios de más que supondrá un deterioro progresivo de los aislantes de la bobina y seguramente un funcionamiento anómalo de la máquina por consumir una intensidad que no es senoidal.

Todos los valores que hemos comentado pueden quedar alterados por caídas de rayos en líneas eléctricas de forma directa o indirecta, maniobras de conmutación en líneas de alta tensión por parte de las compañías suministradoras de fluido eléctrico, utilización de equipos electrónicos que consumen intensidades no lineales (variadores de velocidad, rectificadores, fuentes de alimentación, ordenadores, etc.), interferencias electromagnéticas ya sean radiadas o conducidas, etc.
Normalmente cuando hablamos que la calidad de la señal se ha perdido es que se han variado los parámetros antes mencionados.

En las redes se pueden producir 4 tipos de perturbaciones:

A) Perturbaciones de amplitud;

1. Huecos de tensión.
2. Interrupción de la alimentación.
3. Sobretensión.
4. Sobretensión transitoria también llamados transitorios.
5. Fluctuación de tensión.
6. Parpadeo también llamado efecto Flicker.

B) Perturbaciones de frecuencia.

C) Desequilibrio de tensión o corriente en sistemas trifásicos.

E) Perturbaciones en la forma de onda de la señal; Armónicos.

En otras entradas trataremos los distintos tipos de perturbaciones.

2 comentarios:

Juan Carlos dijo...

Hola!

Soy Ingeniero Electrico, Hace un año estoy trabajando con Calidad de Energia y hecho alrededor de 20 analisis con diversos problemas... Actualmente me encuentro frizado por un comportamiento anormal... Es una empresa de refrigeracion, con cuartos frios para mantener los productos de supermercados, leche y jugos... El tema es que el factor de potencia medido en la derivacion que alimenta este cliente oscila entre valores positivos y negativos... Tambien lo hace el factor de potencia medido en la red de baja tension y cumple el mismo patron de positivo y negativo... Podrias hablarme un poco de este tema... Soy fiel asiduo de este blog y por tus publicaciones se que tienes conocimiento.

Yonatan J. Ramirez

Viatger dijo...

Hola Juan Carlos,

Hablar sobre el tema por aquí es un poco difícil, aunque si te dedicas a la Calidad de la energía te irán muy bien los dos libros que te voy a recomendar que ahí encontrarás muchos ejemplos y teoría que te puede ayudar en el día a día los libros son:

1)LA AMENAZA DE LOS ARMÓNICOS
de bravo de Medina, Nicolás y Llorente Antón, Manuel y Pérez Miguel, Ángel Alberto.
THOMSON PARANINFO, S.A.
Lengua: Castellano
Encuadernación: Tapa blanda
ISBN: 9788428327374
Nº Edición:1ª
Año de edición:2000

2) PERTURBACIONES ARMÓNICAS. Efectos, Orígenes, Medidas,Diagnóstico y soluciones.
de Éric Félice.
THOMSON PARANINFO, S.A.
Lengua: Castellano
Encuadernación: Tapa blanda
ISBN: 84-283-2827-7
Año de edición:2000

Un cordial saludo,
viatger