Comúnmente hablamos sobre la importancia de contar con una óptima calidad de la energía, de cómo optimizarla y asegurar su calidad, pero ¿sabemos a qué nos referimos exactamente cuando hablamos de “calidad energética”? En el presente artículo abordaremos los aspectos clave de la calidad de la energía, desde su significado hasta algunos de los equipos que te ayudarán a mejorarla.
¿Qué es la calidad energética y qué la afecta?
Decimos que se tiene una buena calidad de energía cuando la tensión o el voltaje y la frecuencia son constantes y se forma un onda sinusoidal, como lo observamos en la imagen:
La realidad es que, en un sistema eléctrico, la participación de diferentes cargas y equipos conectados afectan la calidad de la energía, haciendo que tengamos variaciones en la misma. Algunas de las afectaciones con las que nos podemos encontrar son: Bajo factor de potencia, transitorios, flickers, armónicos, desbalance y caídas de tensiones. Cada una tiene sus particularidades y fuentes de origen distintas. Repasemos cada una de ellas brevemente:
Desbalance de fase
Se produce cuando por las tres fases de un sistema trifásico no circulan las mismas corrientes. Este tipo de desequilibrio provoca: sobrecalentamiento en los receptores, los cables de alimentación y las protecciones que incluso podrían llegar a disparar circulación de corriente por el conductor neutro.
Transitorios
Involucran un incremento repentino de gran magnitud en el nivel de voltaje, pero de muy poca duración (nanosegundos, microsegundos).
Flickers
Es un caso particular de una variación rápida de tensión, donde esta se presenta en forma repetitiva y permanente. Su magnitud oscila entre un 90% y un 10% del voltaje nominal. En ocasiones se identifica como un fenómeno visual que se presenta en luminarios que no poseen una regulación de voltaje adecuada y que están alimentados por una fuente común que a su vez alimenta otros tipos de carga, que demandan potencia en forma variable y periódica.
Caídas de tensión y sobretensiones
Una caída de tensión es una reducción de corta duración en el voltaje eficaz que puede ser causada por un corto circuito, sobrecarga o arranque de motores eléctricos. El voltaje eficaz disminuye entre 10 y 90 por ciento del voltaje nominal durante medio ciclo a un minuto.
Por el contrario, una sobretensión es una subida del valor eficaz del voltaje, durante medio ciclo a un minuto.
Factor de potencia
Es la relación entre la potencia activa P, y la potencia aparente S, dándonos una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa.
Armónicos
Los armónicos son voltajes o corrientes sinusoidales con frecuencia en múltiplos enteros de la frecuencia nominal del sistema (denominada frecuencia fundamental, usualmente de entre 50 Hz o 60 Hz).
¿Cómo asegurar la calidad energética?
Ahora que conocemos las afectaciones que pueden existir en la calidad de la energía, te estarás preguntando: ¿Qué daños pueden ocasionar? ¿cómo puedo saber si tengo este tipo de problemas en mi sistema eléctrico? ¿puedo saber de antemano que se presentarán este tipo de problemas? ¿qué debo hacer para solventarlos?
Nos enfocaremos en 2 de los fenómenos eléctricos anteriormente mencionados para responder estas preguntas: el factor de potencia y los armónicos. En cuanto a las afectaciones que podemos tener en un sistema eléctrico si tenemos este tipo de problemas, algunas pueden ser:
- Calentamiento en conductores
- Puntos calientes
- Calentamiento en embobinado de los transformadores y motores
- Pérdidas por calor
- Penalizaciones por bajo factor de potencia
- Disparos no anticipados de interruptores
- Afectaciones a tarjetas electrónicas
- Reducción de la vida útil de los equipos
- Resonancia en el sistema eléctrico
¿Cómo saber si mi instalación sufre estas afectaciones?
Para saber si tenemos este tipo de problemas en una instalación, debemos realizar mediciones eléctricas de calidad de la energía, en uno o varios puntos del sistema. Estos pueden ser la acometida principal y/o en el secundario de los TR, o cargas críticas, para determinar qué tipo de afectaciones se tienen y en que magnitud. En ocasiones se implementan sistemas de medición para el monitoreo de estas variables de manera que podemos ver que tan crítico o saludable esta nuestro sistema.
En dado caso que estemos diseñando un sistema eléctrico nuevo, podemos determinar si tendremos bajo factor de potencia y amónicos dependiendo del tipo de carga que se vaya a instalar. Por ejemplo, todas aquellas cargas que utilicen un campo magnético para generar una potencia de trabajo, como los motores de inducción, hacen que tengamos un bajo factor de potencia. Las cargas no lineales, como lo son los UPS, rectificadores, VFD, entre otros, originan corrientes armónicas.
¿Cómo puedo mejorar la calidad energética de mi instalación?
Si queremos realizar las mejoras pertinentes en el sistema, debemos implementar equipos que nos ayuden a subir el factor de potencia y a eliminar armónicos. Podemos utilizar bancos de capacitores para inyectar reactivos y filtros activos al sistema, para eliminar los armónicos.
Proceso para la implementación de bancos de capacitores
Para el calculo de bancos de capacitores, necesitamos:
- Potencia (PW) máxima del sistema. Estas las podemos sacar de las mediciones previamente echas si ya es una instalación existente, o simulaciones y estimaciones de demanda que se hagan cuando se está diseñando el sistema.
- Factor de potencia de queremos mejorar y factor de potencia objetivo.
Nota: Debemos estar conscientes del tipo de compensación que deseamos implementar: Si será central, por grupo o por una carga en particular.
Luego de tener estos datos, utilizaremos la siguiente formula para determinar los kVAR necesarios:
Q=P(tan(cos-1 FP1)- tan(cos-1 FP2))
Donde:
Q: determinara los KVAR y dimensionamiento del banco de capacitores
P: potencia activa
FP1: factor de potencia del sistema
FP2: factor de potencia objetivo
La oferta de bancos de capacitores de Schneider Electric ofrece una combinación única de capacidades para brindarte más comodidad, confiabilidad y rendimiento en una amplia gama de aplicaciones.
Proceso para la implementación de filtros activos
Al igual que para la implementación de bancos de capacitores, nos apoyaremos en las mediciones de calidad de energía para poder dimensionar los filtros activos, necesarios para eliminación de armónicos.
Para dimensionar los filtros activos necesitaremos:
- Corrientes de armónicas en Amp. Podemos utilizar la siguiente formula:
Con esto determinaremos la corriente de armónicos y el filtro activo:
- Si el sistema es nuevo, se puede obtener el dato de las corrientes armónicas en Amp. por medio de simulaciones. Necesitarás saber datos generales del sistema, listado de cargas, FP de las cargas y Factor de demanda, he introducir los datos en la hoja de cálculo.
- Si tenemos el TDD o THDi en %, podemos utilizar las siguientes formulas:
Filtros activos AccuSine
Schneider Electric ofrece una solución eficiente y única en el mercado de Filtros Activos AccuSine. Esta solución proporciona el más sencillo y eficaz medio para mitigar los armónicos, reduciendo las fluctuaciones de la tensión y perpetuando la vida útil de los equipos.
La implementación de este equipo favorecerá la rentabilidad y la fiabilidad del sistema eléctrico, obteniendo como resultado lo siguiente:
- Eliminación de penalidades en la energía reactiva y disminución de la demanda de kVA.
- Reducción de las pérdidas generadas en transformadores y conductores en la instalación.
- Un factor de potencia alto optimizará la instalación eléctrica al permitir un mejor uso de los componentes.
- La instalación del equipo de corrección del factor de potencia permitirá reducir la sección transversal del conductor, ya que la instalación compensada absorbe menos corriente para la misma potencia activa.
- Reducción de las caídas de tensión en la instalación.
- Reducción del contenido de armónicos para satisfacer las normas.
- Eliminación de los efectos de los armónicos en los equipos.
- Ahorro de energía inmediato.
- Compensación en tiempo real del contenido armónico fluctuante.
- Suministro en tiempo real de potencia reactiva para mejorar la regulación de voltaje del sistema.
Cualquier requerimiento que tengas referente a nuestras soluciones, no dudes en ponerte en contacto