Los fallos de funcionamiento observados en las instalaciones eléctricas, relacionados con la contaminación armónica u otras perturbaciones, como las sobretensiones o los cortes breves de alimentación, se traducen en pérdidas de producción o incluso en una disminución de la calidad durante la fabricación. Estos problemas ocasionan un costo adicional a la empresa.
Los fallos constatados son la consecuencia de un nivel de perturbación más alto que el nivel de sensibilidad de los equipos que no funcionan de modo normal. Las perturbaciones armónicas pueden proceder de la red de distribución o de la propia instalación privada.
Con frecuencia, los fallos proceden de las instalaciones que emplean equipos contaminantes asociados a materiales sensibles a la contaminación armónica y que no están protegidos contra dichas perturbaciones. El taller de producción o el servicio de la empresa afectado por estas perturbaciones eléctricas sufrirán, por tanto, daños, que tendrán repercusiones financieras para la empresa.
Estos problemas del consumidor de energía eléctrica deben ser compartidos con el distribuidor, que deberá llegar a ciertos compromisos con los clientes, con el fin de limitar los costos de la falta de calidad de las empresas sujetas a estas perturbaciones eléctricas.
En algunos países europeos existen servicios que realizan la desensibilización de la instalación que sufren las perturbaciones. Desde el diagnóstico hasta el mantenimiento, este servicio efectúa en varias etapas las siguientes operaciones:
• Diagnóstico de la instalación: el operador efectúa una serie de medidas en la instalación.
• Un estudio técnico-económico: en función de los fallos de funcionamiento constatados, el interventor sugiere las soluciones técnicas apropiadas adecuándose a los perjuicios financieros de la empresa.
• La implementación de la solución elegida, adaptada a las restricciones de explotación de la empresa.
• Un contrato de mantenimiento para asegurar estas prestaciones en el tiempo.
La función del operador puede ser muy amplia: puede tratar las perturbaciones de naturalezas diferentes, como los microcortes, los picos de tensión, los desequilibrios de fase, las oscilaciones (véase la figura 1), los armónicos y la compatibilidad electromagnética.
Figura 1. Fenómeno de oscilación
El objetivo de este tipo de servicios es instaurar una verdadera colaboración entre el distribuidor de energía eléctrica, el instalador y el cliente, con la finalidad de obtener una mejor calidad de la red eléctrica
Soluciones para paliar los problemas de la contaminación armónica. Nos ocuparemos en este capítulo de las soluciones que se pueden implementar para paliar los problemas de contaminación armónica. Las soluciones mencionadas en este capítulo son de tipo industrial y, por ello, nos basaremos principalmente en las aplicaciones en el campo de filtrado de armónicos.
Es importante especificar que la mayoría de los casos de contaminación armónica a escala industrial está relacionada con la resonancia causada por la presencia de condensadores en la red eléctrica.
Por supuesto, los efectos instantáneos y los efectos a largo plazo son temas que deben preocuparnos y que deben abordarse (el calentamiento del conductor neutro, las activaciones intempestivas de los dispositivos de protección, etc.). Los condensadores a menudo se emplean para incrementar el factor de potencia de una instalación (compensación de la energía reactiva). Para determinados valores de frecuencias armónicas, estas cargas capacitivas pueden entrar en resonancia con cargas inductivas y generar sobretensiones y sobreintensidades destructivas para los dispositivos y equipos. Las cargas capacitivas contribuyen, en este caso, a la degradación de la calidad de la tensión de la red eléctrica.
A continuación se presentan soluciones para el filtrado de las componentes armónicas, describiendo las técnicas implementadas en este dominio y proporcionando ejemplos concretos de soluciones.
Fenómenos de resonancia. Concepto de impedancia. Como hemos mencionado en artículos anteriores, las tensiones armónicas, responsables de la degradación de la onda de tensión sinusoidal, son proporcionales al producto de las corrientes armónicas por la impedancia de la red en el nudo de la instalación considerada.
Una red de distribución industrial presenta generalmente, en el dominio de armónicos, un comportamiento inductivo:
La impedancia Z de un circuito es proporcional a la frecuencia y se presenta de modo diferente dependiendo del orden de la componente armónica (ver figura 2).
.
Figura 2. Variación de la impedancia en función de la frecuencia.
Se puede considerar, en una primera aproximación, que la impedancia se limita, principalmente, a la reactancia X de la red, siendo las resistencias r despreciables:
La reactancia del circuito depende de la frecuencia, así como de la inductancia L de los elementos del circuito.
La contaminación armónica generada es más o menos importante dependiendo de la potencia de la carga contaminante (Ia) y de las características de la red (Xa) en el nudo considerado de la instalación eléctrica:
Interés del incremento del factor de potencia. La energía reactiva requerida por un usuario de la red de distribución eléctrica que disfruta de un tipo contrato, impone al proveedor de la energía medios de producción y de transporte más consecuentes, y por tanto, más caros para éste. Por esto, la energía reactiva de los consumidores industriales la factura el distribuidor de energía eléctrica, con el fin de reducir este consumo de energía reactiva, favoreciendo la solución de compensación por el cliente.
La compensación de energía reactiva proporciona, independientemente de la disminución de la facturación para el cliente, un aumento de la potencia disponible en la instalación, una disminución de las pérdidas y una reducción de la caída de la tensión de línea.
El ejemplo siguiente demuestra interés de una batería de condensadores acoplada en una instalación eléctrica con miras al incremento del factor de potencia.
La instalación del ejemplo se alimenta mediante un transformador de 20 kV/400 V y una potencia aparente de 630 kVA.
La potencia consumida por los equipos industriales es de 490 kW con un factor de potencia mediocre, igual a 0,72.
La potencia aparente absorbida es:
El transformador se encuentra en estado de sobrecarga y ya no se beneficia de la potencia disponible. La corriente de línea es relativamente alta:
Se considera que la compensación del factor de potencia es 0,9. En este caso, la potencia aparente obtenida será de:
La corriente de línea requerida se reduce entonces al siguiente valor:
Sea la energía reactiva suministrada por la batería de condensadores:
La corriente de línea se reduce en este caso un 20%, permitiendo así una disminución de las pérdidas de línea por el efecto Joule y asegurando al transformador el funcionamiento en condiciones normales.
Como acabamos de describir, el interés del uso de condensadores radica en que asegura el incremento del cos φ en una instalación eléctrica que presenta un cos φ mediocre, es decir, una tang φ inferior a 0,4.
FUENTE: MUNDO DE LA ELECTRICIDAD
Últimos comentarios