Primeo novelero

CAPITULO 1

CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA

El tema de la Calidad de la Energa Elctrica se ha convertido en las ltimas dcadas en el punto de mayor atencin para el sector elctrico, industrial y residencial; cobrando mayor importancia an en la ltima dcada debido a la aparicin de dispositivos y mquinas elctricas de nueva generacin (cargas no lineales que producen perturbaciones en la red elctrica y equipos de alta sensibilidad que se ven afectados ante la presencia de estas perturbaciones).

El presente captulo trata los aspectos tcnicos fundamentales acerca de

este importante apartado, en donde se definen los conceptos bsicos acerca de la Calidad de la Energa Elctrica, tambin se estudian los fenmenos que afectan a las redes de distribucin.

CAPITULO I CALIDAD DE LA ENERGIA

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 2

1.1 EL TEMA DE LA CALIDAD

Antes de tratar el tema de Calidad de la Energa es importante hacer un

repaso acerca las definiciones que componen el concepto de Calidad en

general, para lo cual tomaremos como referencia las definiciones presentadas

por la ISO1 segn la norma ISO 9001:20002:

Cliente: Es el receptor de un producto suministrado por el proveedor. En

una institucin contractual, el cliente se denomina comprador. El cliente

puede ser por ejemplo el consumidor final, usuario, beneficiario,

comprador.

Proveedor: Es la organizacin que suministra el producto al cliente. El

proveedor puede ser por ejemplo el productor, el distribuidor, el

importador, el ensamblador o la organizacin de servicio.

Entidad: Es algo que se puede describir y considerar de forma

individual. Una entidad puede ser una actividad o un proceso, un

producto, una organizacin, un sistema, una persona o una combinacin

de lo anterior.

Calidad: Es el grado de acercamiento de una entidad a las necesidades

y expectativas de los consumidores. Cumpliendo dichas necesidades y

expectativas de los consumidores, se consigue satisfaccin en el

consumidor, que esta transmite a su entorno, generando ms

satisfaccin.

Para satisfacer las exigencias de los consumidores es necesario mejorar

un producto hasta convertirlo en uno de muy alta perfeccin tcnica, lo cual es

muy difcil salvo con un cambio tecnolgico. Por tanto, es necesario actuar en

otros campos diferentes al tcnico para mejorar la calidad del producto.

1 Siglas en ingls de la Organizacin Internacional de Estandarizacin.

2 Norma que especifica los requisitos para un sistema de gestin de la calidad (Versin ao 2000)



El producto, puede que cumpla las especificaciones tcnicas. Pero por

un lado esto podra ser desconocido para el pblico, o por otro, podran haber

pequeos defectos, orientaciones o resultados de la fabricacin del producto

que podran daar su imagen, o no podra ser apreciada en su totalidad por el

consumidor. Y el grado de xito de un producto, viene dado por su consumo. Y

de este, salen los ingresos y beneficios. Por tanto, para continuar con la

actividad productiva, es necesario crear satisfaccin en el consumidor.

En consecuencia, podramos decir que la calidad es Lo que mide el

grado de satisfaccin que produce en el consumidor y en la sociedad 1, en

donde el producto y la organizacin productiva tienen que encajar. Se mide la

satisfaccin como el grado de acercamiento a las necesidades y expectativas

de los consumidores, cuando ms satisfecho se sienta el consumidor,

independientemente de las inmejorables caractersticas tcnicas del producto

en el que no es experto, mayor confianza tendr en el producto, y se sentir

ms inclinado a repetir su consumo en el futuro. El pblico, ha de identificar el

nombre y smbolo de la empresa, como sinnimo de calidad y satisfaccin para

el consumidor y su entorno.

1.2 CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA

Desde hace algunos aos se est registrando en los pases

industrializados una creciente atencin hacia la Calidad de la Energa

Elctrica o Power Quality2 debido a que el consumo de energa elctrica est

creciendo en la actualidad de forma considerable y continuada y el desarrollo

de las nuevas tecnologas est transformando la sociedad en general y estn

aumentando continuamente la productividad.

Un circuito elctrico de corriente alterna consta, en su caso ms sencillo,

de una fuente de energa y de una carga elctrica. La fuente proporciona

energa elctrica y la carga la transforma en otro tipo de energa. Siempre que

la fuente proporcione una cantidad de energa por unidad de tiempo, es decir,

1 Definicin tomada del libro Calidad de la Energa Elctrica CEL, ACIEM, Primera edicin, 2001.

2 Denominacin en ingls de la Calidad de la Energa Elctrica



una determinada cantidad de potencia elctrica, la seal de tensin de la fuente

forzar una seal de corriente a travs del circuito.

Por tanto, cuando se habla de Calidad de la Energa Elctrica, se est

haciendo referencia tanto a la calidad de las seales de tensin y corriente,

como a la continuidad y confiabilidad del servicio de energa elctrica.

La Calidad de la Energa Elctrica en trminos generales es un conjunto

de propiedades inherentes tanto al servicio como a la seal de la tensin o

corriente elctrica que permiten apreciarla como igual, mejor y peor que otras.

Por tanto, se puede afirmar que la Calidad de la Energa Elctrica en su

concepto ms amplio debe considerar tanto la continuidad del servicio como las

seales de tensin y corriente elctrica, en un tiempo dado y en un espacio

determinado de un sistema de potencia elctrico.

Debido a la importancia que representa la Energa Elctrica en nuestra

vida, la cual es usada en la iluminacin, en la operacin de diversos equipos,

vdeo, aire acondicionado y sistemas de cmputo, as como en procesos

industriales como de servicio, es importante contar con una buena Calidad de

Energa Elctrica. Por dar un ejemplo, las depresiones de voltaje por slo cinco

milisegundos son capaces de hacer que una computadora pierda su

informacin o causar errores, es por esto que el incremento en el uso de

equipos de procesamiento de datos (computadoras) ha marcado al problema

de la Calidad de la Energa como un problema muy serio.

Se puede decir, que el objetivo de la Calidad de la Energa es encontrar

caminos efectivos para corregir los disturbios y variaciones de voltaje en el lado

del usuario, y proponer soluciones para corregir las fallas que se presentan en

el lado del sistema de la compaas suministradoras de energa elctrica, para

lograr con ello un suministro de energa elctrica con calidad1.

1 Concepto tomado del libro Calidad de la Energa Elctrica CEL, ACIEM, Primera edicin, 2001.



1.2.1 TRES PERSPECTIVAS DE LA CALIDAD DE LA ENERGA

ELCTRICA

El problema de la Calidad de la Energa puede ser visto desde tres

perspectivas diferentes. La primera de ellas, es la que corresponde al lado de

los consumidores despus del medidor, y hace referencia al impacto de los

disturbios en los equipos. La segunda, tambin del lado de los consumidores, y

consiste en que los fabricantes de equipos deben conocer los niveles de stos

disturbios y la frecuencia con que ocurren, para as determinar una tolerancia

razonable para sus equipos. La tercera que concierne a ambos lados del

medidor, se refiere a cmo los disturbios ocasionados por un consumidor

afectan a otros consumidores que estn conectados a la misma red de

suministro.

Por otro lado, la compaa de suministro no puede darse el lujo de

suponer que provee una excelente Calidad de Energa, ya que algunos de los

disturbios quedan fuera del control de la empresa. Por ejemplo no se puede

tener el control de que una descarga atmosfrica no caiga sobre las cercanas

de una lnea de transmisin, o no se puede evitar que algn desperfecto en

algn equipo genere una interrupcin de energa.

Basados en el conocimiento de diseo y en el rea elctrica, los

fabricantes deben disear y construir equipos que puedan resistir niveles

razonables de disturbios. Los usuarios de equipo sensible a los disturbios

pueden escoger entre dos opciones para eliminarlos, o al menos reducirlos;

una es realizar un buen diseo del circuito de distribucin y otra es utilizar

equipo de acondicionamiento.

A continuacin se muestran algunos ejemplos de consumidores que

deberan requerir forzosamente equipos de acondicionamiento para mantener

un buen nivel de calidad de energa elctrica:

Sistemas de informacin que utilizan equipo de cmputo.

Departamentos de paramdicos y bomberos.



Empresas pblicas (Gas, agua, energa elctrica).

Aeropuertos.

Instituciones financieras.

Departamento de polica, entidades gubernamentales, etc.

1.3 PROBLEMAS QUE AFECTAN LA CALIDAD DE LA ENERGA

ELCTRICA

Los parmetros de amplitud, frecuencia, forma de onda y continuidad

que definen la Calidad de la Energa de un circuito o sistema elctrico o de

comunicaciones, pueden verse afectados por diferentes tipos de

perturbaciones electromagnticas que se pueden dividir de acuerdo con su

duracin en siete grandes categoras:

Transitorios Electromagnticos.

Variaciones de Tensin Corta Duracin.

Variaciones de Tensin de Larga Duracin.

Desbalance de Tensin.

Distorsin de la Forma de la Seal.

Fluctuaciones de Tensin.

Variaciones de la Frecuencia de suministro.

La Tabla 1.1 presenta informacin respecto al contenido espectral tpico,

duracin y magnitud para cada una de las siete categoras de fenmenos

electromagnticos que afectan la Calidad de la Energa. Las definiciones y

conceptos estn basadas en la norma IEEE 1159-19951.

1 Recomendacin del Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos IEEE (por sus siglas en ingls)

para Monitoreo de Calidad de la Energa, Versin del ao 1995



CATEGORIAS CONTENIDO ESPECTRAL

TIPICO

DURACION TIPICA

MAGNITUD TIPICA DE TENSION

TRANSITORIOS ELECTROMAGNETICOS

De impulso

Nanosegundos 5 ns de pendiente 1 ms

Oscilatorios

Baja frecuencia 1 min 1,1 1,2 p.u.

DESBALANCE DE TENSION

Estado estacionario 0,5 2% DISTORSION DE LA FORMA DE LA SEAL

Referencia CC Estado estacionario 0 0,1 % Armnicos 2 100 Armnico Estado estacionario 0 20 %

Interarmonicos 0 6 KHz Estado estacionario 0 2 % Muescas (notches) Estado estacionario

Ruido Banda ancha Estado estacionario 0 1% FLUCTUACIONES DE TENSION (Flickers)



De una forma amplia y tcnica, los transitorios electromagnticos

pueden ser clasificados en dos categoras: Transitorios de Impulso y

Transitorios Oscilatorios.

1.3.1.1 TRANSITORIOS DE IMPULSO

Un transitorio de Impulso es un cambio sbito, de frecuencia diferente a

la de suministro, de la condicin de estado estacionario de tensin o corriente o

ambas y es unidireccional en polaridad positiva o negativa.

Figura 1.1: Transitorio de Impulso de corriente originado por un rayo.

Los Transitorios de Impulso son normalmente caracterizados por sus

tiempos de subida o de frente (rise time) y de cola (decay). Por ejemplo una

onda de impulso de corriente de 8/20 s y 22 KA, aumenta de cero a su valor

pico de 22 KA en 8s y luego decae a la mitad de su valor pico en 20s. El

origen ms comn de los Transitorios de Impulso son los rayos. La Figura 1.1

ilustra un Transitorio de Impulso negativo de corriente originado por un rayo.

1.3.1.2 TRANSITORIOS OSCILATORIOS

Un Transitorio Oscilatorio es un cambio sbito a una frecuencia diferente

a la de suministro, de la condicin de estado estacionario de tensin o corriente

o ambas, que incluye tanto valores positivos como negativos.



Un transitorio Oscilatorio consiste de una tensin o corriente cuyos

valores instantneos cambian rpidamente de polaridad. Esta descrito por su

contenido espectral (predominantemente frecuencia), duracin y magnitud. El

contenido espectral se subdivide en altas, medias y bajas frecuencias. Los

rangos de frecuencia para estas clasificaciones son escogidos para coincidir

con los tipos comunes de fenmenos transitorios en sistemas de potencia.

Los Transitorios Oscilatorios de alta frecuencia (500KHz 5MHz) y

duracin de microsegundos son frecuentemente el resultado de la respuesta de

un sistema local a un Transitorio de Impulso.

Los Transitorios Oscilatorios de media frecuencia (5-500KHz) y duracin

de dcimas de microsegundos pueden deberse a la maniobra de

condensadores. Estos oscilatorios de media frecuencia tambin pueden ser

debidos a respuestas de un sistema a un Transitorio de Impulso.

Los Transitorios Oscilatorios de baja frecuencia (menos de 5KHz) y una

duracin de 0,3mseg a 50mseg se deben, frecuentemente, a energizacin de

bancos de condensadores, con frecuencias tpicas de oscilacin entre 300Hz y

900Hz. El valor pico de estas energizaciones est entre 1,3 p.u. y 1,5 p.u. con

duracin entre 0,5 ciclos y 3 ciclos, dependiendo de la amortiguacin del

sistema. La Figura 1.2 presenta un Transitorio Oscilatorio de baja frecuencia

causado por la conexin de un banco de condensadores.

Los Transitorios Oscilatorios con frecuencias menores de 300Hz pueden

tambin ser encontrados en los sistemas de distribucin. Estos son

generalmente asociados a la ferroresonancia y a la energizacin de

transformadores.



Figura 1.2: Tensin transitoria oscilatoria causada por una conexin de condensadores.

Los transitorios que involucran capacitores en serie pueden caer tambin

dentro de esta categora. Ellos ocurren cuando el sistema responde por

resonancia con componentes de baja frecuencia en las corrientes de

arranque, de los transformadores o cuando por condiciones inusuales resulta

en ferroresonancia.

La estimacin de las magnitudes de los transitorios electromagnticos se

resuelve matemticamente conociendo los parmetros de la perturbacin y del

sistema que es perturbado.

1.3.1 VARIACIONES DE TENSIN DE CORTA DURACIN

Esta categora abarca la categora de la Norma IEC1 para Cadas de

Tensin e Interrupciones Cortas, cada tipo de variacin puede ser designada

como instantnea, momentnea, o temporal, dependiendo de su duracin

como se establece en la Tabla 1.1.

Las variaciones de tensin de corta duracin tienen su origen en

condiciones de falla, la energizacin de grandes cargas que requieren grandes

corrientes de arranque o conexiones inestables en cables de potencia.

Dependiendo de la localizacin de la falla y de las condiciones del sistema, la

falla puede causar:

1 Comit Electrotcnico Internacional.



Cadas de tensin (Sags).

Aumentos de tensin (Swells).

Interrupcin o prdida completa de tensin.

La condicin de falla puede estar cerca o lejos del punto de inters. En

cualquier caso, el impacto en cuanto a duracin sobre la tensin en el momento

de la condicin de falla es corto, hasta que el equipo de proteccin opere para

aclarar la falla.

1.3.2.1 CADAS (SAGS)

Es un decrecimiento entre 0,1 p.u. y 0,9 p.u. en tensin o corriente RMS

a la frecuencia de suministro, con duracin entre 0,5 ciclos y un minuto.

Aunque el trmino Sag en ingls no ha sido definido formalmente por ninguna

norma norteamericana, ste ha sido aceptado en la terminologa tcnica. La

norma IEC define a este fenmeno como Dip. Los dos trminos Sag y Dip

son sinnimos, con uso frecuente de Sag en los Estados Unidos. Ambos

trminos tienen la traduccin al espaol de cadas (de tensin).

Para describir el fenmeno se deben usar expresiones como: Una cada

de magnitud del 10%, lo cual indica un evento durante el cual la tensin RMS

decreci un 10%. Una cada de 80% puede presentarse durante 3 ciclos hasta

que el interruptor de la subestacin interrumpa la corriente de falla. Los tpicos

tiempos de aclaracin de falla van de 3 ciclos a 30 ciclos, dependiendo de la

magnitud de la corriente y del tipo de proteccin de sobrecorriente.

Las cadas son generalmente asociadas a fallas en el sistema, pero

pueden tambin ser causadas por energizacin de grandes cargas o arranque

de grandes motores, como el caso mostrado en la Figura 1.3.



Figura 1.3: Cada de tensin causada por el arranque de un motor.

Un motor de induccin necesita entre 6 y 10 veces la corriente total de

carga durante su arranque. Si la magnitud de la corriente es relativamente

mayor que la corriente disponible en el punto de alimentacin del sistema, la

cada de tensin puede ser muy significativa. En este caso, la cada ser del

orden de un 80% y la tensin retornar a su normalidad en cerca de tres

segundos, un tiempo muy superior al despeje de una falla en un sistema de

potencia (mximo 30 ciclos = 500mseg).

A pesar de recientes esfuerzos, la duracin de una cada no ha sido

claramente definida en las normas. Una duracin tpica definida en algunas

publicaciones va desde 2mseg (cerca de una decima de ciclo) a un par de

minutos. Las subtensiones que caen menos de medio ciclo no pueden ser

caracterizadas efectivamente como un cambio en el valor RMS del valor de

frecuencia fundamental; entonces, estos eventos pueden ser considerados

transitorios. Las subtensiones que caen ms de un minuto pueden ser

controladas por equipos reguladores de tensin y pueden estar asociadas con

causas diferentes a fallas en el sistema. Entonces estas se clasifican como

Variaciones de Tensin de Larga Duracin.

La duracin de una cada se subdivide, en tres categoras, que coinciden

con las tres categoras de Subidas e Interrupcin de Tensin:



Instantneas

Momentneas

Temporales

Se considera que estas duraciones corresponden al tiempo de operacin

de un equipo de proteccin tpico, as como a la duracin recomendada por

organizaciones tcnicas internacionales.

1.3.2.2 SUBIDAS (SWELLS)

Una subida se define como un incremento entre 1.1 p.u. y 1.8 p.u. en

tensin o corriente RMS a frecuencia de suministro para duraciones de 0,5

ciclos a 1min.

Figura 1.4: Subida de tensin causada por una falla fase-tierra.

Al igual que las cadas, las subidas estn generalmente asociadas con

condiciones de falla del sistema, pro ellas no son tan comunes como las cadas

de tensin. Una forma en que una subida puede ocurrir por el aumento de una

tensin temporal sobre las fases no falladas durante una falla fase-tierra. La

Figura 1.4 ilustra este caso.

Las subidas pueden tambin ser causadas por maniobras de apertura de

grandes cargas o energizacin de grandes bancos de condensadores.



Las subidas se caracterizan por su magnitud (valor RMS) y duracin. La

severidad de una subida de tensin durante una condicin de falla es funcin

de la localizacin de la falla, la impedancia del sistema y la puesta a tierra.

Para un sistema no aterrado, con impedancia de secuencia cero infinita,

las tensiones fase-tierra en las fases no aterrizadas sern 1,73 p.u. durante una

condicin de falla fase-tierra.

Cerca de la subestacin, en un sistema aterrado, habr mucho menor

aumento de tensin sobre las fases no falladas debido a que el transformador

de la subestacin esta usualmente en conexin tringulo-estrella, entregando

una baja impedancia de secuencia cero, que es el camino para las corrientes

de falla. El trmino sobretensiones momentneas es usado por muchos

ingenieros como sinnimo del trmino subida de tensin.

1.3.2.3 INTERRUPCIONES O PRDIDA COMPLETA DE TENSIN

Una interrupcin ocurre cuando la tensin de alimentacin o la corriente

de carga decrecen a menos de 0,1 p.u. para un perodo de tiempo que no

exceda 1min.

Las interrupciones pueden ser el resultado de fallas en el sistema de

potencia, fallas de equipos o malas operaciones de control. Las interrupciones

son medidas por su duracin cuando la magnitud de tensin es siempre menor

del 10% del nominal. La duracin de una interrupcin debido a una falla en el

sistema de alimentacin est determinada por el tiempo de operacin de los

equipos de proteccin. Los recierres instantneos generalmente limitan la

interrupcin causada por una falla no permanente a menos de 30 ciclos. El

recierre retrasado del equipo de proteccin puede causar una interrupcin

momentnea o temporal. La duracin de una interrupcin debida al mal

funcionamiento o prdida de conexiones puede considerarse irregular.



Algunas interrupciones pueden estar precedidas por una cada de

tensin cuando las interrupciones son debidas a fallas en el sistema de

alimentacin. La cada de tensin ocurre entre el tiempo cuando se inicia la

falla y la operacin del equipo de proteccin.

1.3.3 VARIACIONES DE TENSIN DE LARGA DURACIN

Las Variaciones de Tensin de Larga Duracin corresponden a una

desviacin RMS a frecuencia de suministro para tiempos mayores a un minuto.

Las Variaciones de Tensin de Larga Duracin pueden ser:

Interrupciones sostenidas.

Subtensiones.

Sobretensiones.

Las Sobretensiones y las Subtensiones generalmente no son el

resultado de fallas del sistema, sino son causadas por variaciones de carga en

el sistema y operaciones de maniobra del sistema.

1.3.3.1 SOBRETENSIONES

Una Sobretensin es el incremento de la tensin RMS mayor de 110% a

frecuencia de suministro por un tiempo superior a un minuto.

Las sobretensiones son generalmente el resultado de maniobras (por

ejemplo, apertura de grandes cargas) o energizacin de bancos de

condensadores. Las sobretensiones resultan, o porque el sistema es muy dbil

para la regulacin de tensin deseada, o por controles de tensin inadecuados.

Una posicin incorrecta del conmutador de un transformador puede dar como

resultado un sistema con sobretensin.



1.3.3.2 SUBTENSIONES

Una subtensin es un decrecimiento en la tensin RMS menor de 90% a

la frecuencia de suministro por un tiempo superior a un minuto.

Las subtensiones son el resultado de los eventos inversos que causan

sobretensiones. El cierre de una carga o la apertura de un banco de

condensadores pueden causar una subtensin hasta que el equipo regulador

de tensin del sistema pueda ajustar la tensin dentro de los lmites de

tolerancia. Los circuitos sobrecargados pueden tambin resultar en

subtensiones.

1.3.3.3 INTERRUPCIONES SOSTENIDAS

Cuando la tensin de alimentacin ha estado en cero por un perodo

superior a un minuto, la Variacin de Tensin de Larga Duracin se considera

como interrupcin sostenida. Las interrupciones de tensin superiores a un

minuto son frecuentemente permanentes y requieren intervencin humana para

restaurar el sistema. El trmino interrupcin sostenida se refiere a fenmenos

especficos en sistemas de potencia y en general no tienen relacin con el

trmino salida (outage en ingls).

Los operadores de red usan los trminos de salida (de operacin) o

interrupcin para describir fenmenos de similar naturaleza para reportes de

confiabilidad. Sin embargo, esto causa confusin para el usuario final quien

piensa en una salida como cualquier interrupcin que pare un proceso. Esto

sera menor a medio ciclo. Salida (Outage) como lo define la Norma IEEE

1008, no se refiere a un fenmeno especfico, sino al estado de un componente

en un sistema que ha fallado en su funcin. Entonces, usar el trmino salida

en el contexto de monitoreo de Calidad de la Energa Elctrica no tiene relacin

con confiabilidad ni con otras estadsticas de continuidad de servicio. De esta

manera, el trmino interrupcin ha sido definido para ser ms especfico

respecto a la ausencia de tensin por largos perodos.



1.3.4 DESBALANCE DE TENSIN

El Desbalance de Tensin es algunas veces definido como la

desviacin mxima del promedio de las tres fases de tensiones o corrientes,

dividido por el promedio de las tensiones o corrientes de las tres fases,

expresado en tanto por ciento.

El Desbalance de Tensin tambin puede ser definido mediante

componentes simtricas. La relacin entre la componente de secuencia

negativa o cero a la componente de secuencia positiva puede ser usada para

especificar un porcentaje de desbalance.

Desbalances de tensin severos (mayores del 5%) pueden ser el

resultado de condiciones de carga monofsicas.

1.3.5 DISTORSIN DE FORMA DE LA SEAL

Una Distorsin de forma de la seal se define como una desviacin de

estado estacionario de una onda sinusoidal de frecuencia de suministro,

principalmente caracterizada por el contenido espectral de la desviacin.

Existen cinco tipos de Distorsin de Forma de la Seal:

DC Adicional (DC Offset)

Armnicos

Interarmnicos

Muescas (Notches)

Ruido

1.3.5.1 REFERENCIA CC (DC OFFSET)

La presencia de una tensin o una corriente CC en un sistema de

potencia AC se denomina Referencia CC (DC Offset en ingls). Esto puede

ocurrir como el resultado de una perturbacin geomagntica o debido al efecto

de rectificacin de media onda.



La corriente directa en redes de corriente alterna puede tener efectos

negativos, por ejemplo, en los ncleos de los transformadores pues se pueden

saturar en operacin normal, causando calentamiento adicional y prdida de

vida del transformador. La CC tambin puede causar erosin electroltica en

electrodos de puesta a tierra y otros conductores.

1.3.5.2 ARMNICOS

Los armnicos son tensiones o corrientes sinusoidales que tienen

frecuencias que son mltiplos de la frecuencia a la cual el sistema de

alimentacin est diseado para operar. Las formas de onda distorsionadas

pueden ser descompuestas en una suma de la frecuencia fundamental y los

armnicos.

La distorsin armnica se origina en las caractersticas no lineales de

los equipos y cargas de un sistema de potencia.

La Figura 1.5 ilustra la forma de seal de tensin medida en un sistema

industrial, en ella se presenta una tpica distorsin armnica por cargas no

lineales. En el siguiente captulo se abordar a profundidad el tema de la

distorsin armnica.

Figura 1.5: Forma de seal de tensin distorsionada, medida en un sistema industrial.



1.3.5.3 INTERARMNICOS

Los interarmnicos son tensiones o corrientes que tienen componentes

de frecuencia que no son mltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Ellos

pueden aparecer como frecuencias discretas o como un espectro de banda

ancha.

Los interarmnicos se pueden encontrar en redes de todas las

tensiones. La principal fuente de una distorsin de forma de onda interarmnica

son los convertidores estticos de frecuencia, los ciclos convertidores, los

motores de induccin y los equipos de arco.

Los efectos de los interarmnicos no son bien conocidos. Parece que

afectan las seales de onda portadora en sistemas de potencia o inducen

titilacin (ficker) visual en las pantallas.

1.3.5.4 MUESCAS (NOTCHES)

Las muescas son una perturbacin peridica de tensin causada por la

operacin normal de equipos electrnicos de potencia cuando la corriente es

conmutada de una fase a otra.

Debido a que las muescas ocurren continuamente, pueden ser

caracterizadas mediante un espectro armnico de tensin afectado; sin

embargo, esta perturbacin se trata siempre como un caso especial. Los

componentes de frecuencia asociados con muescas pueden ser relativamente

altos y pueden no ser fcilmente caracterizados con equipos normales usados

por medicin de armnicos.

La Figura 1.6 presenta un ejemplo de muescas de tensin de un

convertidor trifsico que produce corriente continua. Las muescas ocurren

cuando la corriente se conmuta de una fase a otra. Durante este perodo, hay

un cortocircuito momentneo entre las dos fases llevando la tensin muy cerca

de cero, hasta donde lo permitan las impedancias del sistema.



Figura 1.6: Muescas de tensin causadas por un convertidor trifsico.

1.3.5.5 RUIDO

El ruido es definido como una seal elctrica indeseada con contenido

espectral de banda amplia, menor de 200KHz, superpuesta a la tensin o

corriente de los conductores de fase o en los conductores de neutro o

conductores de seal.

Los ruidos en un sistema de potencia pueden ser causados por equipos

electrnicos de potencia, circuitos de control, equipos de arco, cargas con

rectificadoras de estado slido y maniobras del sistema, Los problemas de

ruido son muy molestos pues interfieren los sistemas electrnicos o de

comunicacin cuando existen puestas a tierra inadecuadas que fallan en aislar

el ruido producido por el sistema de potencia.

Bsicamente, el ruido es cualquier distorsin indeseada de la seal de

potencia que no puede ser clasificada como distorsin armnica o transitorio. El

ruido perturba a los equipos electrnicos tales como microcomputadores y

controladores programables. El problema puede ser mitigado usando filtros o

transformadores de aislamiento.



1.3.6 FLUCTUACIONES DE TENSIN (FICKERS)

Las fluctuaciones de tensin son variaciones sistemticas de tensin a o

una serie de cambios de tensin aleatorios. La magnitud normalmente no

excede los rangos especificados por la norma ANSI C84.1 o NTC 1340 de 0,9

p.u. a 1,05 p.u.

La norma IEC 61000-3-3 define varios tipos de fluctuaciones de tensin.

Para efectos de considerarlos dentro del concepto de la Calidad de la Energa

Elctrica se pueden restringir a las fluctuaciones de tensin tipo D, las cuales

son caracterizadas como una serie de fluctuaciones de tensin aleatorias.

Las cargas que pueden presentar variaciones continuas y rpidas en la

magnitud de la corriente de carga pueden causar variaciones de tensin que

son referidas como titilaciones (flickers en ingls). El trmino titilacin es

referido del impacto de la fluctuacin de tensin sobre las bombillas, tal que

ellas son percibidas por el ojo humano como una titilacin. Para usar el trmino

tcnicamente correcto, la fluctuacin de tensin es un fenmeno

electromagntico, mientras que la titilacin es un resultado indeseable de la

fluctuacin de tensin en algunas cargas. Sin embargo los dos trminos son

usados frecuentemente en las normas internacionales.

Figura 1.7: Fluctuacin de tensin o titilacin (Flicker) causada por la operacin de un horno de

arco.



La Figura 1.7 presenta un ejemplo de una onda de tensin que produce

fluctuacin de tensin o titilacin. Esto es causado por un horno de arco, uno

de los casos ms comunes de fluctuaciones de tensin en sistemas de

transmisin y distribucin. La seal de titilacin est definida por su magnitud

RMS expresada como un porcentaje de la fundamental. La tensin de titilacin

es definida con respecto a la sensibilidad del ojo humano. Tpicamente,

magnitudes tan bajas como 0,5% pueden resultar en titilaciones perceptibles si

las frecuencias estn en el rango de 6 a 8Hz.

1.3.7 VARIACIONES DE LA FRECUENCIA DE SUMINISTRO

Las variaciones de la frecuencia suministro son definidas como la

desviacin de la frecuencia fundamental de su valor nominal especificado

(60Hz para nuestro caso)

La frecuencia de suministro est directamente relacionada a la velocidad

de rotacin de los generadores del sistema. Hay variaciones suaves en

frecuencia como las que se dan en el balance dinmico entre carga y

generacin. El tamao del desplazamiento de la frecuencia y su duracin

depende de las caractersticas de la carga y de la respuesta del sistema de

control de generacin a cambios de la misma.

Las variaciones de la frecuencia que salen de los lmites de operacin

normal en estado estacionario del sistema de potencia pueden ser causadas

por fallas en sistemas de transmisin robustos, un gran bloque de carga que

est siendo desconectada o una gran fuente de generacin que sale de

operacin.

En sistemas modernos de potencia interconectados, la probabilidad de

que presente variaciones significativas de frecuencia es casi nula.

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