Autor: La. Almeida, La. Moreira. J. Delgado
ISR - Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación Universidad de Ingeniería de Coimbra, Polo II 3030-290 Coimbra (Portugal) teléfono: +351 239 796 218, fax: +351 239 406 672 e-mail: adealmeida@isr.uc.pt, licinio@isr.uc.pt, Jdelgado@elect.estv.ipv.pt.
Abstracto: En este artículo, La principal cualidad de energía (PQ) problemas se presentan con sus causas y consecuencias de. Los impactos económicos asociados con PQ se caracterizan. Finalmente, se presentan algunas soluciones para mitigar los problemas de PQ.
Palabras clave
Calidad de Potencia, Los problemas de calidad de energía, Los costes de calidad de energía, Soluciones de calidad eléctrica.
1. Introducción
Calidad de Potencia (PQ) temas relacionados son de mayor preocupación hoy en día. El uso generalizado de equipos electrónicos, tales como equipos de tecnología de la información, electrónica de potencia, tales como variadores de velocidad (ASD), controladores lógicos programables (PLC), iluminación de bajo consumo, dado lugar a un cambio completo de cargas eléctricas naturaleza. Estas cargas son al mismo tiempo los principales causantes y las principales víctimas de los problemas de calidad de energía. Debido a su no linealidad, todas estas cargas provocan perturbaciones en la forma de onda de voltaje.
Junto con avance de la tecnología, la organización de la economía mundial ha evolucionado hacia la globalización y los márgenes de beneficio de muchas actividades tienden a disminuir. El aumento de la sensibilidad de la gran mayoría de los procesos (industrial, los servicios e incluso residencial) a PQ problemas resulta la disponibilidad de energía eléctrica con la calidad un factor crucial para la competitividad en todos los sectores de actividad. Las áreas más críticas son la industria de proceso continuo y los servicios de tecnología de la información. Cuando se produce una perturbación, enormes pérdidas financieras pueden ocurrir, con la consiguiente pérdida de productividad y la competitividad.
Aunque muchos esfuerzos han sido tomados por los servicios públicos, algunos consumidores requieren un nivel de PQ más alto que el nivel proporcionado por las redes eléctricas modernas. Esto implica que algunas medidas se deben tomar con el fin de alcanzar mayores niveles de calidad de la energía.
2. Tipos de problemas de calidad de energía
Los tipos más comunes de los problemas de calidad eléctrica se presentan en la Tabla I.
3. Caracterización de Calidad de Energía
Incluso los sistemas de transmisión y de distribución más avanzados no son capaces de proporcionar la energía eléctrica con el nivel deseado de fiabilidad para el buen funcionamiento de las cargas en la sociedad moderna. T Moderno&D (transmisión y distribución) sistemas son proyectados para 99,9 a 99,99% disponibilidad. Este valor es muy dependiente del nivel de redundancia de la red, que es diferente de acuerdo a la ubicación geográfica y el nivel de tensión (disponibilidad es más alta en la red de AT). En algunos sitios remotos, disponibilidad de T&D de sistemas pueden ser tan bajas como 99%. Incluso con un 99,99% nivel hay un tiempo de interrupción equivalente de 52 minutos por año.
Los procesos más exigentes en la economía digital moderna necesitan energía eléctrica con 99.9999999% disponibilidad (9-fiabilidad nueves) para que funcione correctamente.
Entre 1992 y 1997, EPRI realizó un estudio en los EE.UU. para caracterizar la duración media de las perturbaciones. El resultado para un sitio típico, se presenta durante el período de 6 años por debajo.
Higo. 1 - Distribución típica de las perturbaciones PQ por su duración para una instalación típica en 6 años (1992-97) en los EE.UU. [2].
Tabla I - Los problemas de calidad de energía más común [ 1], [4]
| 1. Huecos de tensión (o por inmersión) | Descripción: Una disminución del nivel normal de tensión entre 10 y 90% de la tensión rms nominal a la frecuencia de la fuente, para las duraciones de 0,5 ciclo a 1 minuto.Causas: Los fallos en la red de transporte o distribución, (la mayoría de las veces en alimentadores paralelos). Los fallos en la instalación del consumidor. Conexión de cargas pesadas y puesta en marcha de grandes motores.Consecuencias: Mal funcionamiento de los equipos de tecnología de la información, a saber, los sistemas de control por microprocesador basado (PCs, PLCs, TEA, etc) que pueden conducir a un paro de proceso. La actuación de los contactores y relés electromecánicos. La desconexión y la pérdida de eficiencia en máquinas eléctricas rotativas. |
|---|---|
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2. Interrupciones muy cortas
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Descripción: Interrupción total de la alimentación eléctrica para la duración de pocos milisegundos a uno o dos segundos.Causas: Principalmente debido a la apertura y el nuevo cierre automático de los dispositivos de protección de desmantelar una sección defectuosa de la red. Las principales causas de fallo son fallas en el aislamiento, rayos y aisladores flashover.Consecuencias: La actuación de los dispositivos de protección, pérdida de información y el mal funcionamiento de los equipos de procesamiento de datos. Detención de los equipos sensibles, tales como trastornos del espectro autista, PCs, PLCs, si no están preparados para hacer frente a esta situación. |
| 3. Interrupciones largas | Descripción: Interrupción total de suministro de energía eléctrica para la duración mayor que 1 a 2 segundoCausas: Fallo de los equipos en la red de sistema de potencia, tormentas y objetos (árboles, coches, etc) líneas o postes en huelga, fuego, error humano, mala coordinación o el fracaso de los dispositivos de protección.Consecuencias: Paralización de todos los equipos. |
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4. Voltaje pico
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Descripción: Variación muy rápida del valor de la tensión de una duración de un varios microsegundos a milisegundos. Estas variaciones pueden alcanzar miles de voltios, incluso en baja tensión.Causas: Relámpago, conmutación de líneas o capacitores de corrección del factor de potencia, desconexión de cargas pesadas.Consecuencias: La destrucción de los componentes (componentes especialmente electrónicos) y de los materiales de aislamiento, los errores de procesamiento de datos o la pérdida de datos, interferencias electromagnéticas. |
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5. Oleaje Voltaje
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Descripción: Aumento momentáneo de la tensión de, a la frecuencia de alimentación, fuera de las tolerancias normales, con duración de más de un ciclo y típicamente menos de unos pocos segundos.Causas: Inicio / parada de cargas pesadas, fuentes de energía mal dimensionados, transformadores mal regulados (sobre todo durante las horas de menor actividad).Consecuencias: La pérdida de datos, parpadeo de la iluminación y pantallas, paro o daño de equipos sensibles, si los valores son demasiado altos. |
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6. La distorsión armónica
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Descripción: Formas de onda de voltaje o corriente asumen forma no sinusoidal. La forma de onda corresponde a la suma de diferentes ondas senoidales con diferente magnitud y la fase, que tiene frecuencias que son múltiplos de la frecuencia de sistema de potencia.Causas: Fuentes clásicas: máquinas eléctricas que trabajan por encima de la rodilla de la curva de magnetización (saturación magnética), hornos de arco, máquinas de soldadura, rectificadores, y motores de los cepillos de CC. Fuentes modernas: todas las cargas no lineales, tales como equipos de electrónica de potencia incluyendo trastornos del espectro autista, conmutación de alimentación de modo, equipos de procesamiento de datos, iluminación de alta eficiencia.Consecuencias: Aumento de la probabilidad de ocurrencia de resonancia, sobrecarga neutral en sistemas de 3 fases, sobrecalentamiento de todos los cables y equipos, pérdida de eficiencia en máquinas eléctricas, la interferencia electromagnética con los sistemas de comunicación, errores en las medidas cuando se utilizan medidores de lectura promedias, disparos intempestivos de las protecciones térmicas. |
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7. La fluctuación de voltaje
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Descripción: La oscilación del valor de la tensión, modulada en amplitud por una señal con una frecuencia de 0 a 30 Hz.Causas: Los hornos de arco, frecuentes arranques / parada de los motores eléctricos (por ejemplo ascensores), cargas oscilantes.Consecuencias: La mayoría de las consecuencias son comunes a caídas de tensión. La consecuencia más perceptible es el parpadeo de la iluminación y pantallas, dando la impresión de inestabilidad de la percepción visual. |
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8. Ruido
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Descripción: Superposición de señales de alta frecuencia en la forma de onda de la frecuencia de sistema de potencia.Causas: Interferencias electromagnéticas provocadas por las ondas hertzianas como microondas, difusión televisiva, y la radiación debido a las máquinas de soldadura, hornos de arco, y equipos electrónicos. Conexión a tierra incorrecta puede ser también una causa.Consecuencias: Las alteraciones en los equipos electrónicos sensibles, por lo general no destructiva. Puede causar pérdida de datos y los errores de procesamiento de datos. |
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9. Desbalance Voltaje
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Descripción: Una variación de la tensión en un sistema de tres fases en el que las tres magnitudes de tensión o las diferencias de ángulo de fase entre ellos no son iguales.Causas: Grandes cargas monofásicas (hornos de inducción, cargas de tracción), incorrecta distribución de todas las cargas monofásicas por las tres fases del sistema (esto puede ser también debido a un fallo).Consecuencias: Sistemas desequilibrados implican la existencia de una secuencia negativa que es perjudicial para todas las cargas trifásicas. Las cargas más afectadas son las máquinas de inducción trifásicos. |
Como se puede ver en la figura. 1., la gran mayoría de las perturbaciones registradas (sobre 87%) duró menos de 1 segundo y sólo 12 tener una duración superior a 1 minuto. Está claro que no todos estos trastornos causan mal funcionamiento del equipo, pero muchos tipos de equipos sensibles pueden verse afectados.
Se llevó a cabo otro estudio de EPRI, entre 1993 y 1999, con el fin de caracterizar el PQ en baja tensión (LV) redes de distribución. Este estudio concluyó que 92% de perturbaciones en PQ eran huecos de tensión con amplitud cae hasta 50% y la duración a continuación 2 segundo. Higo. 2 muestra la distribución típica de huecos bajo 0.5 segundo y microinterrupciones.
Higo. 2 - Distribución de ceder y micro-interrupción en las redes de baja tensión en EE.UU. [3].
La situación en los países desarrollados de Europa es muy similar a la observada en los EE.UU.. Higo. 3 muestra la caracterización de PQ en una zona industrial del centro de Portugal mediante la supervisión de la oferta en el periodo de febrero de 2002 a enero 2003.
Higo. 3 - Caracterización de las perturbaciones de suministro de energía eléctrica en una instalación industrial en Portugal.
4. Los costos de los problemas de calidad de la energía
Los costos de los problemas PQ son altamente dependientes de varios factores, principalmente la zona de negocios de la actividad. Otros factores, como la sensibilidad del equipo utilizado
en las instalaciones y las condiciones del mercado, entre otras, también influyen en los costos de los problemas de PQ.
La. Evaluación Costos de Calidad de Potencia
Los costos relacionados con una alteración PQ se pueden dividir en:
- Los costos directos. Los costos que pueden atribuirse directamente a la perturbación. Estos costos incluyen los daños en el equipo, pérdida de producción, la pérdida de materia prima, los costes salariales durante el período improductivo y los costos de reanudación. A veces, durante el período no productivo se logran algunos ahorros, tales como el ahorro de energía, que debe ser restado de los costes. Algunas perturbaciones no implican interrupción de la producción, pero puede tener otros costos asociados, tales como la reducción de la eficiencia y la reducción de la vida útil del equipo equipo.
- Los costos indirectos. Estos costes son muy difíciles de evaluar. Debido a algunas perturbaciones y los períodos no productivos, una empresa puede no ser capaz de cumplir los plazos de algunas entregas y sueltos los futuros pedidos. Las inversiones para prevenir los problemas de calidad de energía pueden ser considerados un costo indirecto.
- Inconveniente no material. Algunos inconvenientes debidos a las perturbaciones de potencia no pueden expresarse en dinero, como no escuchar la radio o ver la televisión. La única manera de tener en cuenta estos inconvenientes es el establecimiento de una cantidad de dinero que el consumidor está dispuesto a pagar para evitar este inconveniente [4], [5].
B. Las estimaciones sobre los costos de calidad eléctrica
Se han hecho varios estudios para evaluar los costos de los problemas de PQ para los consumidores. La evaluación de un valor exacto es casi imposible; por lo que todos estos estudios se basan en estimaciones. Algunos de estos estudios se presentan a continuación.
- Business Week (1991). Costes de PQ se estimaron en 26,000 millones de dólares por año en los Estados Unidos.
- EPRI (1994). Este estudio señaló 400,000 millones de dólares por año en concepto de gastos de PQ en los Estados Unidos.
- Departamento de Energía de EE.UU. (1995). Costes de PQ se estimaron en 150,000 millones de USD por año para los Estados Unidos.
- La revista Fortune (1998). Indica que los costes de PQ estaban alrededor 10,000 millones de USD al año en Estados Unidos.
- E Fuente (2001). Un estudio que comprende las industrias de proceso continuo, servicios financieros y procesamiento de alimentos en los Estados Unidos, estimado los costes medios anuales de los problemas de PQ en 60,000 a 80,000 USD por instalación.
- Costes de PQ en la UE (2001). Costes de PQ generales en la industria y el comercio, en la Unión Europea, se estiman en 10,000 millones de euros al año [6].
Las estimaciones de los distintos estudios difieren mucho, pero todo apunta a un factor común: los costes de PQ son enormes.
C. Los costos de las interrupciones momentáneas
Una interrupción es el problema PQ con el impacto más perceptible en las instalaciones. La Tabla II resume los costos típicos de interrupciones momentáneas (1 minuto) para los diferentes tipos de consumidores. Los costos presentados son, sin grandes inversiones en tecnologías para lograr capacidades de cortes de la red para hacer frente a la interrupción. Estos valores se basan en servicios publicados y Electrotek Conceptos experiencias con estudios individuales [5].
Tabla II - Los costos típicos de interrupciones momentáneas (1 minuto, en la demanda de $ / kW, para diferentes tipos de instalaciones industriales y de servicios.
| El costo de una interrupción momentánea ($/demanda de kW) | ||
|---|---|---|
| Máximo | Mínimo | |
| Industrial | ||
| Fabricación de automóviles | 5.0 | 7.5 |
| Caucho y plásticos | 3.0 | 4.5 |
| Textil | 2.0 | 4.0 |
| Papel | 1.5 | 2.5 |
| Impresión (periódicos) | 1.0 | 2.0 |
| Petroquímico | 3.0 | 5.0 |
| Fabricación de metales | 2.0 | 4.0 |
| Vidrio | 4.0 | 6.0 |
| Minería | 2.0 | 4.0 |
| Procesamiento de alimentos | 3.0 | 5.0 |
| Farmacéutico | 5.0 | 50.0 |
| Electrónica | 8.0 | 12.0 |
| La fabricación de semiconductores | 20.0 | 60.0 |
| Servicios | ||
| Comunicación, procesamiento de la información | 1.0 | 10.0 |
| Hospitales, bancos, servicios civiles | 2.0 | 3.0 |
| Restaurantes, bares, hoteles | 0.5 | 1.0 |
| Tiendas comerciales | 0.1 | 0.5 |
Como se puede observar, El sector industrial es el más afectado por las interrupciones, especialmente la industria de proceso continuo. En el sector de los servicios, procesamiento de la comunicación y la información es la zona de negocios más afectados.
Los costos de interrupciones son también función de su duración. Higo. 4 representa los costos de interrupciones en contra de su duración.
Higo. 4 - Los costos de las interrupciones como función de su duración [5].
5. Soluciones para el PQ Problemas
La mitigación de los problemas de PQ puede tener lugar en diferentes niveles: transmisión, distribución y el equipo de uso final. Como se ve en la figura. 5, varias medidas se pueden tomar en estos niveles.
Higo. 5 - Soluciones para energía digital [7]
6. Rejilla Adecuación
Muchos de los problemas de PQ tienen origen en la red de transporte o distribución. Así, una red de transporte y distribución adecuada, con la planificación y el mantenimiento adecuado, es esencial para minimizar la aparición de problemas de PQ.
7. Recursos Distribuidos - Sistemas de Almacenamiento de Energía
El interés en el uso de los recursos energéticos distribuidos (LA) ha aumentado sustancialmente en los últimos años debido a su potencial para proporcionar una mayor fiabilidad. Estos recursos incluyen los sistemas de generación distribuida y de almacenamiento de energía.
Sistemas de almacenamiento de energía, también conocida como la restauración de tecnologías, se utilizan para proporcionar las cargas eléctricas con capacidad de cortes de la red en la pobreza del entorno PQ.
Higo. 6 - Tecnologías de Restauración de principio [1].
Los recientes avances tecnológicos en electrónica de potencia y tecnologías de almacenamiento están recurriendo la restauración de las tecnologías una de las soluciones de alta calidad para mitigar los problemas de PQ.
Higo. 7 - Principio de funcionamiento de un sistema de almacenamiento de energía.
La primera tecnología de almacenamiento de energía utilizada en el campo de la PQ, sin embargo, el más utilizado en la actualidad, es batería electroquímica. Aunque las nuevas tecnologías, tales como volantes de inercia, supercondensadores y almacenamiento de energía magnética superconductora (PYMES) presentar muchas ventajas, baterías electroquímicas todavía gobiernan debido a su bajo precio y la tecnología madura.
La. Volantes
Un volante de inercia es un dispositivo electromecánico que las parejas una máquina eléctrica rotativa (motor / generador) con una masa en rotación para almacenar energía de corta duración. El motor / generador se alimenta proporcionada por la red para mantener el rotor de la hilatura del volante. Durante una perturbación de energía, la energía cinética almacenada en el rotor se transforma en energía eléctrica de CC por el generador, y la energía se entrega a una frecuencia constante y el voltaje a través de un inversor y un sistema de control. Higo. 8 representa el esquema de un volante de inercia, donde las principales ventajas de este sistema se explican.
Higo. 8 - Volante [http://www.beaconpower.com]
Rotores de volante tradicionales generalmente están construidos de acero y se limitan a una velocidad de giro de unos pocos miles de revoluciones por minuto (RPM). Volantes avanzados construidos a partir de materiales de fibra de carbono y cojinetes magnéticos pueden girar en vacío a velocidades de hasta 40,000 a 60,000 RPM. La energía almacenada es proporcional al momento de inercia y al cuadrado de la velocidad de rotación. Volantes de alta velocidad pueden almacenar mucha más energía que los volantes convencionales.
El volante de inercia proporciona energía durante un período comprendido entre la pérdida de energía de la red suministrado y ya sea el retorno del suministro eléctrico o el inicio de un sistema de energía de reserva (es decir, generador diesel). Volantes suelen proporcionar 1-100 segundos de tiempo de viajar a través de, generadores y respaldo son capaces de obtener en línea en 5-20 segundo.
B. Supercondensadores
Supercondensadores (también conocido como supercondensadores) son las fuentes de energía de corriente continua y debe ser interconectado a la red eléctrica con un acondicionador de potencia estática, proporcionar una salida de energía a la frecuencia de red. Un supercondensador proporciona energía durante las interrupciones de corta duración o de los huecos de tensión.
Supercondensadores de tamaño mediano (1 MJoule) están disponibles en el mercado para implementar Soporte a huecos en pequeños equipos electrónicos, pero supercondensadores grandes están todavía en desarrollo, pero pronto puede convertirse en un elemento vital de la esfera de almacenamiento de energía.
Higo. 9 – Electric double layer supercapacitor [http://www.esmacap.com]
La capacitancia es muy grande debido a que la distancia entre las placas es muy pequeña (varios angstroms), y porque el área de superficie del conductor (por ejemplo del carbón activado) alcances 1500-2000 m2/g (16000-21500 ft2/g). Así, la energía almacenada por dichos condensadores puede alcanzar 50-60 J / g [8].
C. PYMES
Un campo magnético se crea mediante la circulación de una corriente continua en una bobina cerrada de alambre superconductor. La trayectoria de la corriente de la bobina circula se puede abrir con un interruptor de estado sólido, que está modulada en y fuera. Debido a la alta inductancia de la bobina, cuando el interruptor está apagado (abierto), la bobina magnética se comporta como una fuente de corriente y forzará corriente en el convertidor de potencia que se cargará a un cierto nivel de voltaje. Modulación apropiada del interruptor de estado sólido puede mantener el voltaje dentro del rango de funcionamiento correcto del inversor, que convierte la tensión continua en corriente alterna.
Higo. 10 - Sistema de PYMES [9].
SMES baja temperatura refrigerados por helio líquido está disponible comercialmente. PYME de alta temperatura enfriados por nitrógeno líquido se encuentra todavía en la etapa de desarrollo y pueden convertirse en una fuente de almacenamiento de energía comercial viable en el futuro, debido a sus menores costos potencialmente.
Los sistemas SMES son grandes y se utiliza generalmente de corta duración, tales como eventos de conmutación de servicios públicos.
D. Comparación de los sistemas de almacenamiento
Higo. 11 muestra una comparación de las diferentes tecnologías de almacenamiento en términos de potencia específica y energía específica.
Higo. 11 - Potencia específica frente a rangos específicos de energía para las tecnologías de almacenamiento [9].
Higo. 12 - Costes específicos de dispositivos de almacenamiento de energía [10].
El volante de alta velocidad es de aproximadamente el mismo rango de costo como las PYMES y supercondensadores y sobre 5 veces más caro que un volante de inercia baja velocidad debido a su diseño más complicado y potencia limitada. Batería electroquímica tiene un alto grado de madurez y un diseño sencillo. Por debajo de un tiempo de almacenamiento de 25 segundo volante de baja velocidad puede ser más rentable que la batería.
8. Generación Distribuida - Recursos Distribuidos
Generación Distribuida (DG) unidades se pueden utilizar para proporcionar energía limpia a las cargas críticas, aislándolos de disturbios con origen en la red. DG unidades también pueden ser utilizados como generadores de copia de seguridad para asegurar el suministro de energía a las cargas críticas durante los cortes sostenidos. Además unidades DG se pueden utilizar para la gestión de la carga propuesto para disminuir la demanda pico.
Actualmente, motor alternativo es la tecnología predominante en la Dirección General de mercado, pero con los avances tecnológicos, otras tecnologías son cada vez más atractiva, tales como microturbinas o pilas de combustible (Tabla III).
Tabla III - Evolución de las tecnologías de la Dirección General de.
| Motores de Intercambio | Las microturbinas | Pilas de Combustible | |
|---|---|---|---|
| Sincronización | • En curso | • Emergentes ahora | • A partir de la década de 200 |
| Mercado | • Utilización de Espera / copia de seguridad | • Pico de afeitar y PQ | • Energía primaria y PQ |
| Economía | • 300 un 600 $/kW • 33-45% • eficiente <5% • utilización 15-30 centavos / kWh | • 750 $/kW • 20-30% • ~ utilización eficiente 20% • 10-15 centavos / kWh | • 1000* un 4000 $/kW • 45-60% • eficiente >80% • utilización 5* centavos / kWh * previsto |
Si las unidades DG son para ser utilizado como la generación de copias de seguridad, una unidad de almacenamiento debe ser utilizado para proporcionar energía a las cargas durante el período entre el origen de la perturbación y la puesta en marcha del generador de emergencia.
La solución más común es la combinación de baterías UPS electroquímicos y un grupo electrógeno diesel. Actualmente, la integración de un volante y un grupo electrógeno diesel en una sola unidad también se está convirtiendo en una solución popular, ofrecido por muchos fabricantes.
Higo. 13 - Esquema de un sistema de alimentación continua, el uso de un volante de inercia y un grupo electrógeno diesel [www.geindustrialsystems.com].
Higo. 14 - UPS dinámico, por Hitec Power Protection, bv. [http://www.hitec-ups.com].
9. Dispositivos de interfaz mejorada
Además de los sistemas de almacenamiento de energía y la DG, algunos otros dispositivos se pueden utilizar para resolver problemas de PQ.
El uso de dispositivos de interfaz adecuados, uno puede aislar las cargas de las perturbaciones que derivan de la cuadrícula.
La. Restaurador de Tensión Dinámica
Un restaurador dinámico de tensión (DVR) actúa como una fuente de tensión conectado en serie con la carga. El principio de funcionamiento de los DVR más comunes es similar a la figura. 7. La tensión de salida del DVR se mantiene aproximadamente constante tensión en los terminales de la carga mediante el uso de un transformador elevador y / o energía almacenada para inyectar potencia activa y reactiva en el canal de alimentación de salida de un convertidor de voltaje.
B. Supresores de sobretensión transitoria (TVSS)
Supresores de sobretensión transitoria se utilizan como interfaz entre la fuente de alimentación y las cargas sensibles, de manera que la tensión transitoria se sujeta por el TVSS antes de que alcance la carga. TVSS generalmente contiene un componente con una resistencia no lineal (un varistor de óxido de metal o de un diodo Zener) que limita el voltaje de línea excesiva y llevar a cabo cualquier exceso de energía de impulso a tierra.
C. Transformadores de tensión constante
Transformadores de tensión constante (CVT) fueron una de las primeras soluciones de PQ que se utilizan para mitigar los efectos de las caídas de tensión y transitorios. Para mantener constante la tensión, que utilizan dos principios que normalmente se evitan: de resonancia y el núcleo de saturación.
Higo. 15 - Transformador de tensión constante.
Cuando se produce la resonancia, la corriente aumentará a un punto que provoca la saturación del núcleo magnético del transformador. Si el núcleo magnético está saturado, a continuación, el flujo magnético se mantendrá más o menos constante y el transformador producirá una salida de tensión aproximadamente constante.
Si no se utiliza correctamente, una CVT se originará más problemas de PQ que los mitigan. Puede producir transitorios, armonía (onda de tensión recortada en la parte superior y los lados) y es ineficiente (sobre 80% a plena carga). Su aplicación se está convirtiendo poco común debido a los avances tecnológicos en otras áreas.
D. Filtros de Ruido
Los filtros de ruido se utilizan para evitar las señales de corriente o voltaje de frecuencia no deseados (ruido) del equipo sensible alcanzar. Esto se puede lograr mediante el uso de una combinación de condensadores e inductancias que crea un camino de baja impedancia a la frecuencia fundamental y de alta impedancia a frecuencias más altas, es decir, un filtro de paso bajo. Deben ser utilizados cuando el ruido con frecuencia en el rango de los kHz es considerable.
Lo. Transformadores de aislamiento
Los transformadores de aislamiento se utilizan para aislar las cargas sensibles contra transientes y ruido que se derivan de la red eléctrica. En algunos casos (Conexión Delta-Wye) transformadores de aislamiento mantienen las corrientes armónicas generadas por cargas de conseguir aguas arriba del transformador.
La particularidad de transformadores de aislamiento es una pantalla puesta a tierra hecha de papel de aluminio no magnético situado entre el primario y el secundario. Cualquier ruido o transitoria que provienen de la fuente de transmisión a través de la capacitancia entre el primario y el escudo y en el suelo y no llega a la carga.
Higo. 16 - Transformador de aislamiento.
F. Compensadores VAR estáticos
Compensadores estáticos VAR (SVR) utilizar una combinación de condensadores y reactores para regular el voltaje rápidamente. Interruptores de estado sólido controlan la inserción de los condensadores y reactores de la magnitud correcta para evitar la tensión de las fluctuaciones. La principal aplicación de SVR es la regulación de la tensión en alta tensión y la eliminación de parpadeo causado por grandes cargas (tales como hornos de inducción).
G. Filtros armónicos
Filtros de armónicos se utilizan para reducir los armónicos no deseados. Se pueden dividir en dos grupos: filtros pasivos y filtros activos.
Higo. 17 - Filtros de armónicos [11].
Los filtros pasivos (Higo. 17 izquierda) consistir en un camino de baja impedancia a las frecuencias de los armónicos para ser atenuadas usando componentes pasivos (inductores, condensadores y resistencias). Varios filtros pasivos conectados en paralelo pueden ser necesarias para eliminar a varios componentes armónicos. Si el sistema varía (cambio de componentes armónicos), filtros pasivos pueden llegar a ser ineficaz y causa resonancia.
Filtros activos (Higo. 17 derecho) analizar la corriente consumida por la carga y crear una corriente que cancela la corriente armónica generada por las cargas. Filtros activos eran caros en el pasado, pero se están convirtiendo en el costo de compensación eficaz para armónicos desconocidos o que cambian.
10. Desarrollar Códigos y Normas
Se han tomado algunas medidas para regular el nivel PQ mínimo que los servicios públicos deben proporcionar a los consumidores y el nivel de inmunidad que el equipo debe tener para funcionar correctamente cuando la potencia suministrada está dentro de los estándares.
Un paso importante en esta dirección se dio con la curva CBEMA (Higo 18), creado por la Asociación de Empresas de informática y fabricante de equipos. Esta norma especifica la capacidad de resistencia mínima de los equipos informáticos a los huecos de tensión, microinterrupciones y sobretensiones.
Higo. 18 - Curva CBEMA.
Higo. 19 - Curva ITIC
Esta curva, aunque sustituido recientemente por ITIC (Tecnología de Información del Consejo de la Industria) curva (Higo. 19), sigue siendo un referente en el ámbito de PQ. Cuando el voltaje está dentro de los límites determinados por la zona sombreada, el equipo debe funcionar normalmente. Cuando la tensión se compone en la zona de debajo de la zona permitida, los equipos pueden funcionar mal o dejar de. Cuando la tensión está comprendida en la zona prohibida superior, además de mal funcionamiento del equipo, pueden producirse daños en el equipo.
Otras organizaciones de normalización (IEC, CENELEC, IEEE, etc) han desarrollado un conjunto de estándares con los mismos fines. En Europa, las normas más relevantes en PQ son la norma 50160 (por CENELEC) e IEC 61000.
Tabla IV – Parámetros más importantes definidos por la norma europea 50160:2001.
| Límites | |
| Frecuencia | Debe permanecer entre 49.5 (-1%) y 50.5 (+1%) Hz. |
| Voltaje | La tensión debe estar entre 90% y 110% de la tensión nominal. |
| Desbalance Voltaje | La secuencia negativa no puede asumir la magnitud más alta que 2% de la secuencia directa. |
| Tensión armónica | THD < 8 % V3 < 5.0% V5 < 6.0% V7 < 5.0% |
11. Hacer uso final Dispositivos Menos Sensible
El diseño de los equipos a ser menos sensible a las perturbaciones es por lo general la medida más rentable para prevenir problemas de PQ. Algunos fabricantes de equipo de consumo están empezando a reconocer este problema, pero el mercado competitivo significa que los fabricantes deben reducir los costos y sólo responder a las necesidades de los clientes. La excepción es el mercado de ASD, donde los fabricantes están promoviendo activamente productos con capacidades mejoradas Ride-Through.
Adición de un condensador con una capacidad más grande para fuentes de alimentación, utilizar cables con conductores neutros grandes, reducción de potencia transformadores y relés de mínima tensión de ajuste, son medidas que podrían ser adoptadas por los fabricantes a reducir la sensibilidad del equipo a PQ problemas.
12. Conclusiones
La disponibilidad de la energía eléctrica con alta calidad es crucial para el funcionamiento de la sociedad moderna. Si algunos sectores están satisfechos con la calidad de la energía suministrada por los servicios públicos, algunos otros son más exigentes.
Para evitar las enormes pérdidas relacionadas con los problemas de PQ, los consumidores más exigentes deben tomar medidas para prevenir los problemas. Entre las diversas medidas, selección de los equipos menos sensible puede desempeñar un papel importante. Cuando incluso el equipo más fuerte se ve afectada, a continuación, se deben tomar otras medidas, tales como la instalación de restauración de tecnologías, generación distribuida o un dispositivo de interfaz para evitar problemas de PQ.