La Importancia de la Medición de la Calidad de Energía en la Red de Distribución Eléctrica

La Calidad de la Energía se define como cualquier suceso manifestado en desviaciones de voltaje, corriente, o frecuencia que resultan en fallos o mala operación del equipo de uso final. Esto significa, que la calidad de la energía o la calidad del suministro eléctrico, más que definida por límites establecidos en estándares, es definida por el requerimiento que mis equipos eléctricos/electrónicos tienen para operar apropiadamente, sin sufrir daños o paros inesperados.

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Tal vez no hay otro segmento individual de una compañía tan importante como la potencia, ya que sin la potencia el sistema de producción completo deja de funcionar. A pesar de esto, el tema de la medición, control, análisis y administración de la calidad de la energía es visto por muchos como un trabajo de ingeniería difícil y complejo.

A pesar de que muchos esfuerzos han sido realizados por compañías eléctricas, algunos consumidores requieren un nivel de calidad de energía superior al nivel proporcionado por las redes eléctricas modernas. Esto implica que se es necesario para estos consumidores tomar medidas para alcanzar niveles más altos de Calidad de Energía.

En la actualidad es de alta importancia para los ingenieros y técnicos electricistas que solucionan problemas de mantenimiento de equipo crítico, y para los contratistas que dan mantenimiento a los sistemas de distribución eléctrica que instalan; la medición y análisis de la calidad de energía, se ha convertido en una necesidad básica, tanto como utilizar el amperímetro de gancho.

Por qué preocuparse, algunos ejemplos:

[block-quote]“Picos, sags y cortes de potencia cuestan $26 mil millones de dólares en un año en tiempos muertos»Fuente: Business Week.[/block-quote]

[block-quote]“La mitad de todos los problemas de las computadoras y un tercio de todas las pérdidas de datos pueden rastrearse hacia el suministro de potencia”
Fuente: Contingency Planning Research, LAN Times[/block-quote]

[block-quote]“El funcionamiento errático de una línea de producción, genera grandes pérdidas en tiempos muertos y materia prima, así como atrasos en tiempos de entrega para los clientes”[/block-quote]

Es momento de responder las siguientes preguntas:

• ¿Cuál es mi costo por problemas de calidad de energía eléctrica al mes o al año?
• ¿Cuáles son las áreas críticas a la calidad del suministro eléctrico?
• ¿Qué estoy haciendo para prevenir y reducir los costos por problemas en la calidad de suministro?

Analizadores de calidad de energía portátiles y permanentes

Cuando un sistema de distribución eléctrica no cumple con su propósito, es el momento de investigar el problema, encontrar la causa e iniciar una acción correctiva. El propósito del sistema de distribución eléctrica es permitir el funcionamiento apropiado de las cargas instaladas. Cuando una carga no funciona correctamente, se debe sospechar de la calidad de la energía eléctrica en el sistema de distribución como una posible causa.

Tradicionalmente, la mayoría de las mediciones de la calidad de energía han consistido en búsqueda directa de fallos y solución de problemas. La maquinaria se descompone, las luces parpadean, los robots paran, los dispositivos electrónicos dejan de funcionar. Sin embargo, el análisis de la calidad de energía debe considerarse, y es de gran valor, también antes de una acción específica o de reconstrucción de la red y luego de realizarla como seguimiento y medida de verificación después de los cambios. De esta forma puede asegurarse que los cambios han tenido el efecto deseado, y/o también puede analizar qué impacto han tenido.

Los analizadores de calidad están permiten observar las lecturas en tiempo real y también para registrar datos para su análisis. Existen analizadores de calidad de energía permantentes que se instalan en diferentes puntos del sistema de distribución eléctrica, y son considerados como solución preventiva; y también existen los analizadores de calidad de energía portátiles especialmente utilizados para la solución reactiva de problemas.

Con los analizadores portátiles se puede llegar a menudo cerca de la fuente de la perturbación y subsanar posteriormente cualquier fallo. La realización de un análisis de calidad de energía con un analizador portátil comienza con la planificación. Se debe tener claro el objetivo del análisis e información detallada de la red de distribución eléctrica. El inicio del monitoreo usualmente se hace tan cerca como sea posible del punto crítico de análisis. Siempre debe considerarse que los problemas de calidad de energía pueden venir de la compañía eléctrica, pero también pueden ser generados dentro de la propia instalación. De hecho existen estudios que implican que la mayoría de los problemas en efecto, se generan internamente.

En la actualidad muchas industrias y compañías, trabajan de manera proactiva con monitoreo continuo de la calidad de energía para detectar fuentes de perturbaciones y condiciones de fallo en la red, antes de que las consecuencias sean graves y muy costosas. Estos analizadores de calidad de energía poseen gran capacidad de análisis, por lo que dan grandes oportunidades de trabajar con estadísticas y tendencias de una manera preventiva y predictiva.

Los analizadores de calidad de energía permanentes tienen importantes beneficios:

• Son un sistema de «alerta temprana», esto permite corregir los problemas antes de que se conviertan en fallas a gran escala con altos tiempos muertos y costosas pérdidas de producción.
• Atribuir rápidamente (o descartar) problemas en la calidad de la energía, lo que permite buscar una solución puntual y rápida al problema,
• Identificar si el problema de calidad de energía, ¿es causado por el suministro eléctrico de la compañía eléctrica o por problemas dentro de su instalación eléctrica?

Otros beneficios no menos importantes de los analizadores de calidad de energía, se dan en el ahorro de energía:

• Conocer la distribución de consumo de la carga dentro de su instalación. Obtener tendencias diarias, semanales y mensuales de consumo de energía.
• Proyección y crecimiento, permite determinar si se puede operar más cargas sin tener que aumentar la capacidad de su sistema eléctrico.
• Detectar y evitar el fallo del equipo midiendo y analizando el consumo de energía en el tiempo (historiales). También útil para valoración de sustitución de tecnologías de alto consumo.
• Control de demanda: administrar el consumo de energía durante los períodos de alto costo.
• Benchmarking

Conceptos importantes y estándares

Tanto si se observan valores en tiempo real en la pantalla del analizador portátil como si se analizan los datos descargados en la computadora portátil o se analizan los datos en línea, es necesario comprender los parámetros de calidad de energía y sus características. Los estándares de calidad de energía IEEE 1159, EN50160, IEEE 1100 son excelentes recursos para comenzar a entender la terminología de la calidad de energía, los problemas el análisis y las acciones correctivas.

Seguidamente un detalle breve de los problemas más comunes de la calidad de energía:

Caídas de voltaje (SAG / DIP). Una disminución del nivel de tensión normal entre 10 y 90% de la tensión nominal rms a la frecuencia de la potencia, para duraciones de 0,5 ciclo a 1 minuto.

Interrupciones muy cortas: Interrupción total del suministro eléctrico durante la duración de unos pocos milisegundos a uno o dos segundos.

Interrupciones largas: Interrupción total del suministro eléctrico durante una duración superior a 1 a 2 segundos

Transientes de sobrevoltaje: Variación muy rápida del valor de voltaje para duraciones de varios microsegundos a pocos milisegundos. Estas variaciones pueden llegar a miles de voltios, incluso en baja tensión.

Aumentos de voltaje (SWELL): Incremento momentáneo de la tensión, a la frecuencia de potencia, fuera de las tolerancias normales, con duración de más de un ciclo y típicamente menos de unos pocos segundos.

Distorsión armónica: Las formas de onda de voltaje o corriente asumen una forma no sinusoidal. La forma de onda corresponde a la suma de diferentes ondas sinusoidal de diferente magnitud y fase, con frecuencias que son múltiplos de la frecuencia del sistema de potencia.

Desbalance de voltaje: Una variación de tensión en un sistema trifásico en el que las tres magnitudes de voltaje o las diferencias de ángulo de fase entre ellas no son iguales.

Consideraciones finales para la medición de la calidad de la energía PQ

Los instrumentos de medida para la calidad de la energía cubren una serie de parámetros de medición diferentes y para que la medición sea fiable debe haber una definición clara de cómo el instrumento de medición mide y calcula éstos. Mientras que las variables básicas como valores RMS de voltaje y corriente están bien definidas, algunas variables de calidad de potencia no lo son. Esto ha llevado a una situación en la que diferentes instrumentos podrían mostrar resultados diferentes. Por esta razón se creó el estándar de medición (IEC 61000-4-30)
La norma, emitida por la Comisión Electrotécnica Internacional, IEC 61000-4-30 Clase A, 3era edición, define para cada tipo de parámetros los métodos de medición para obtener resultados fiables, repetibles y comparables.

Es muy importante tener esta norma como referencia bibliográfica y considerar la certificación al evaluar la adquisición de analizadores de calidad de energía, además esta norma ya está siendo adoptada en forma de ley en algunos países, como Costa Rica.