UNIVERSIDAD VERACRUZANA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
“ESTUDIO DE LOS PROBLEMAS Y CONSIDERACIONES
TÉCNICAS PARA OBTENER BUENA CALIDAD DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA”
TRABAJO PRÁCTICO EDUCATIVO
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
PRESENTAN:
EDUARDO MENDO MARTÍNEZ
DANIA CAROLINA SALAZAR RAMÍREZ
DIRECTOR DE TRABAJO RECEPCIONAL:
ING. CARLOS ALARCÓN ROSAS
Poza Rica Ver., a 27 de Marzo del 2012
INDICE
INTRODUCCION………………………………………………………………………….3
CAPITULO I………………………………………………………………………………..6
JUSTIFICACION…………………………………………………………………………..7
TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO………………………………………………..7
CARACTERISTICAS Y FUNCIONES ESCENCIALES……………………………....8
CAPITULO II……………………………………………………………………………….9
PROCESOS DEL TRABAJO
SUB-TEMA 1.0 EFECTOS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA….10
1.1 PROBLEMAS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA QUE
AFECTAN AL EQUIPO………………………………………………………………….,11
SUB-TEMA 2.0 TIPOS DE PROBLEMAS EN LA CALIDAD DE
LA ENERGÍA………………………………………………………………………….…14
2.1 INTERRUPCIONES PROLONGADAS……………………………………….…15
2.2 INTERRUPCIONES MOMENTÁNEAS………………………………………….15
2.3 DESCENSO DE VOLTAJE……………………………………………………….18
2.4 PERTURBACIONES EN EL SISTEMA…………………………………………19
2.5 IMPULSOS Y RUIDO…………………………………………………………...…28
2.6 ARMÓNICAS……………………………………………………………………….29
2.7 DESVIACIONES DE FRECUENCIA………………………………………….…30
SUB-TEMA 3.0 CONSIDERACIONES DE LOCALIZACIÓN EN LA
INSTALACIÓN DE EQUIPOS……………………………………………..…………..33
3.1 MONITOREO DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA………………………..….34
3.2 REGISTROS DE LA CONFIABILIDAD DE LA
COMPAÑÍASUMINISTRADORA………………………………………………………….
.…………35
1
3.3 RECOMENDACIONES DEL PROVEEDOR DE EQUIPO…………..……….35
SUB-TEMA 4.0 DISEÑO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS……………..………….36
4.1 CIRCUITOS DE ENTREGA DE ENERGÍA…………………………………….37
4.2 REDES SECUNDARIAS………………………………………………………….38
4.3 DISEÑO DE LA CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA ELÉCTRICO……….39
SUB-TEMA 5.0 TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN………………………………..44
5.1 ACOPLAMIENTO DE LOS PROBLEMAS A LOS EVENTOS……………..45
5.2 INSPECCIÓN DEL CABLEADO DEL EDIFICIO……………………………..45
5.3 PRUEBAS PERIÓDICAS CONTINUAS………………………………………..46
5.4 AJUSTES DE LOS UMBRALES DEL EQUIPO DE MONITOREO…………46
SUB-TEMA 6.0 EQUIPOS PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE
LA ENERGÍA…………………………………………………………………………….47
6.1 ACOPLAMIENTO DEL ACONDICIONAMIENTO A LAS CONDICIONES…48
6.2 TIPOS DE EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO DE ENERGÍA…………..49
SUB-TEMA 7.0 OTROS MÉTODOS PARA RESOLVER PROBLEMAS
DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA……………………………………………………60
7.1 DISEÑO DE APARATOS ELECTRÓNICOS O ELÉCTRICOS………………61
7.2 ADICIÓN DE CAPACITORES A FUENTE DE CD……………………………..61
7.3
AISLAMIENTO SEPARADOR DE LAS SECCIONES DE EQUIPOS
SENSIBLE………………………………………………………………………...……...61
7.4 CAMBIO DE TAPS DE LOS TRANSFORMADORES…………………………62
CAPITULO III
APORTACIONES Y CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………….63
ANEXOS
2
APENDICES
INTRODUCCIÓN
3
En los primeros días de utilización de la energía eléctrica, el servicio estándar
eléctrico, junto con las limitaciones que lo acompañaban era por lo general
adecuado para que trabajaran la mayoría de los equipos eléctricos. Algunos de los
usuarios más sensibles de aquellos días (los que tenían procesos industriales
continuos) llegaron en ocasiones al extremo de asignar un puesto de “centinela de
tempestades” que avisara cuando había rayos en las cercanías y parara la
maquinaria hasta que pasara la tempestad. Los sistemas de protección de varillas
para rayos hicieron un trabajo adecuado de protección contra rayos en la mayoría
de
las
circunstancias.
Aunque
las
interrupciones eléctricas
prolongadas
presentaban un inconveniente y llegaban a causar pérdidas económicas, la
mayoría de los equipos accionados por electricidad funcionaban con mayores
problemas.
Los dispositivos electrónicos, específicamente los relojes digitales y otros
dispositivos controlados por microprocesador (controladores industriales y
computadoras personales), comenzaron aparecer hacia mediados y finales de la
década de 1970. Al aumentar el uso de aquellos aparatos, se vio claramente que
los antiguos estándares para la energía eléctrica ya no eran adecuados para su
funcionamiento confiable. Además de los problemas iniciales que experimentaron
las operaciones de computadoras grandes con la “energía sucia”, los usuarios
encontraron que no podían mantener ajustados sus relojes digitales porque
cualquier interrupción breve del suministro de energía los obligaba a reajustarlos
nuevamente. Más adelante, los usuarios residenciales descubrieron que no podía
mantener las horas en sus contadores de tiempo digitales de las grabadoras de
video de sus hogares para grabar sus programas favoritos de televisión. La
siguiente ola de quejas vino con el uso más extendido de las computadoras
personales, del equipo industrial controlado por microprocesador y de las unidades
motrices de velocidad ajustable.
4
La variación de frecuencia puede ocasionalmente ser un factor en los disturbios
del sistema, especialmente cuando una carga es alimentada por un generador de
emergencia u ocurre un desequilibrio entre la carga de la planta industrial y la
generación debido a la pérdida del suministro eléctrico. La reducción de la
frecuencia conduce a una disminución de la productividad de los accionamientos
eléctricos, al trabajo inestable de equipos electrónicos, de mediciones y de
sistemas de protecciones. En las centrales termoeléctricas tiene también influencia
en las vibraciones de las turbinas, las que tienen bandas estrictas de variaciones
admisibles de este parámetro.
Armónicas son señales senoidales de la frecuencia que son múltiplos enteros de
la frecuencia fundamental de la señal de voltaje o corriente. Estas señales se
suman a la señal de frecuencia fundamental produciendo deformación en la onda
senoidal original. Al alimentar ciertas cargas estas formas de onda distorsionadas
y sus componentes armónicas asociadas pueden provocar algunos efectos
adversos tales como el calentamientos de motores y transformadores debidas a
las perdidas inducidas por altas frecuencias, calentamiento de bancos de
capacitores, daño por falla del equipo y operación no apropiada de interruptores
(termomagneticos
y
fusibles).
Los
controles
electrónicos
pueden
operar
erráticamente particularmente cuando ellos dependen de una onda senoidal limpia
para sincronización o propósitos de control.
5
CAPITULO 1
6
Justificación
La importancia del presente trabajo práctico educativo radica en elestudio de la
calidad de energía eléctrica que es de suma importancia en sus diferentes
aplicaciones tanto industriales, comerciales y residenciales.
El objetivo de este trabajo es recopilar y elaborar un material que permita
proporcionar información sobre los diversos problemas de la calidad de la energía
que llegan a afectar considerablemente a los equipos eléctricos y electrónicos.Así
como también se presentan algunas consideraciones técnicas necesarias y que
deben tomarse en cuenta para lograr una buena calidad de la energía eléctrica.
Tipo y naturaleza del trabajo
El presente trabajo recepcional aborda aspectos de búsqueda de información
técnica relacionada con el tema de “estudio de los problemas y consideraciones
para obtener buena calidad de la energía eléctrica”, en sus diferentes formas y
aplicaciones dentro de la ingeniería eléctrica que afecta la vida ordinaria de la
sociedad.
La información encontrada se selecciona y estructura como un acervo de
conocimientos y experiencias que puede ser de mucha utilidad para los
estudiantes de ingeniería eléctrica, así como también para todas las personas que
les interese el tema que se expone en este trabajo recepcional.
Su naturaleza radica en documentar el material como un trabajo práctico educativo
donde el estudiante podrá obtener el conocimiento necesario y de una forma
general para lograr una buena calidad de energía eléctrica.
Características y funciones esenciales
7
Las características de este trabajo práctico educativo consisten en analizar la
problemática que desde hace algunos años se ha generado y afecta a la calidad
de la energía eléctrica que utilizan los diferentes equipos
eléctricos en los
diversos sectores productivos.
Consideramos que el contenido de este trabajo recepcional podrá ser de mucha
utilidada los estudiantes de ingeniería eléctrica que necesariamente están
obligados en la actualidad a involucrarse y resolver problemas que afecten a la
calidad de la energía eléctrica y que lo mas probable enfrentaran en el ejercicio
profesional, y por tanto es nuestro deseo que de acuerdo a la experiencia que
lleguen a lograr dentro de este tema contribuyan a mejorar y ampliar el contenido
que estamos presentado a su consideración por medio de este trabajo
recepcional.
Como objetivo esencial, del contenido del trabajo recepcional es el de llevara las
personas interesadas en este tema, sumergirse en el aspectos de las diversas
consideraciones para obtener buena calidad de energía eléctrica, y adentrarlo
correctamente en el campo de aplicación teórica actualizada del problema de la
buena calidad de energía eléctrica.
8
CAPITULO 2
9
SUB-TEMA 1.0
EFECTOS DE LA CALIDAD DE
LA ENERGÍA ELÉCTRICA
10
1.1 Problemas de la calidad de la energía eléctrica que afectan al equipo
Existen dos categorías importantes de cómo los problemas de calidad de la
energía afectan al equipo.
Problemas de operación de equipo.Estos pueden ir desde un arreglo en la
operación
programada
de
computadoras
o
de
equipos
controlados
de
microprocesadores hasta la desactivación de los arrancadores de motores. Los
efectos del mal funcionamiento del equipo tienen consecuencias
dependiendo de la naturaleza
variables
crítica del equipo. Los hospitales, por ejemplo,
utilizan una variedad de equipos muy elaborados.
Algo del control se hace directamente a través de electrónica de conversión de
potencia, como sonimpulsores de ca, cd, y fuentes de energía conmutadas. Con la
disponibilidad de estos complejos controles, se han desarrolló un control de
procesos mucho más preciso, y un sistema de protección mucho más sensible; lo
que hace a éstos aún más susceptibles a los efectos de los disturbios en el
sistema eléctrico.
Los problemas de la calidad de la energía pueden interrumpir en forma especial a
los procesos industriales
tales como los de extrusión de plásticos u otros
procesos continuos. Un paro temporal de la maquinaría de extrusión de plástico
puede dar como resultado el endurecimiento del plástico en la maquinaria y el
bloqueo de los extrusores. La limpieza de la maquinaria antes de volver a poner
en marcha el proceso es una labor extremadamente intensa y muy costosa. Otro
ejemplo de perturbación es el daño que sufren las fábricas textiles cuando las
máquinas tejedoras tienen pérdida momentánea de energía eléctrica. Aun cuando
los contactores del motor no se desacoplen, una
pérdida momentánea y
restauración del voltaje a los motores de impulsión puede producir hilos rotos o
tejidos defectuosos.
Otro desarrollo que hace de la calidad de la energía una preocupación es la
introducción de los sistemas de alumbrado con descarga de alta intensidad (HID)
para conservación de la energía. Las lámparas de vapor de sodio a alta presión
11
requieren de varios minutos para volver a encender después de una interrupción
momentánea de voltaje. Este puede ser un riesgo para la seguridad, aun cuando
las lámparas de HID tengan una capacidad de restablecimiento rápido, excepto si
se entremezclan algunos otros tipos de iluminarias con las de HID. La edición de
1987 de National Electrical Code, en su artículo 700-16, reconoce este problema.
Se requiere alumbrado de emergencia u otros medios para mantener los niveles
adecuados a iluminación mientras se restablece el sistema de alumbrado HID a su
operación normal.
Daños a los componentes. Pueden ocurrir daños en los componentes por los
impulsos de rayos. Estos se ocasionan, por lo general, cuando la energía
inyectada del impulso del rayo da lugar a un salto de arco dentro del equipo o de
los materiales componentes y ocurre un deterioro debido al exceso de esfuerzo
eléctrico. Sin embargo. Los impulsos procedentes de otras fuentes, como la
interrupción de circuitos o de cargas grandes pueden dar lugar a daños
semejantes. Incluso la electricidad estática puede causar serios daños en los
componentes.
El nivel de voltaje en el que dañarían los impulsos de voltaje puede provenir del
exceso de la capacidad de voltaje inverso de pico de los semiconductores y la falla
consecuente de la unión o compuerta PN. Al aumentar en los circuitos integrados
el número de componentes discretos por unidad de área del sustrato, aumenta la
susceptibilidad de dichos circuitos a los daños por impulsos de voltaje por razón
de la menor distancia entre componentes y el descenso de los niveles de voltaje
de salto de chispa en el sustrato.
La elevación de la tensión por encima de la nominal conlleva a la disminución del
tiempo de vida útil de lámparas. Las variaciones de la tensión actúan de diferente
manera en los distintos tipos de equipamiento eléctrico. Por ejemplo, en las
baterías de condensadores utilizados para la compensación de potencia reactiva
provoca
procesos
transitorios
que
conducen
a
la
sobrecarga
de
los
condensadores por corriente y en casos por tensión, como resultado de lo cual la
12
batería puede salir de servicio en un período, a veces, significativamente rápido en
dependencia de la magnitud de la perturbación.
En el caso de los motores las variaciones de tensión conducen al calentamiento
adicional y a la variación del momento al eje. Los bajones de tensión para los
motores asincrónicos tienden a frenarlos y a procesos de rearranques, pudiendo
llegar a situaciones de disparo de protecciones, sobretodo, cuando trabajan
simultáneamente grupos de motores.
13
SUB-TEMA 2.0
TIPOS DE PROBLEMAS EN LA
CALIDAD DE LA ENERGÍA
14
Hay, en general, dos tipos básicos de problemas en la calidad de la energía: (1)
los que crean la interrupción de cargas eléctricas o de circuitos enteros(2) los que
causa la interacción del equipo eléctrico y el sistema de suministro eléctrico. Estas
perturbaciones pueden originarse por actividades dentro de los terrenos de la
planta o en el sistema eléctrico de energía, fuera de dichos terrenos.
2.1 Interrupciones prolongadas
Las interrupciones prolongadas son el tipo más reconocible de perturbación. Se
presentan ordinariamente como resultado de fallas eléctricas permanentes. El
suministrador de energía eléctrica diseña los sistemas de transmisión o
distribución eléctrica a manera de aislar las fallas permanentes y las interrupciones
prolongadas resultantes, al área más pequeña posible. La figura 1 muestra el
diagrama unifilar simple de un circuito típico de distribución y el aislamiento de las
fallas eléctricas. La coordinación de los dispositivos eléctricos de protección en el
cableado de utilización en residencias, comercios e industrias sigue una filosofía
similar.
2.2 Interrupciones momentáneas
Las interrupciones momentáneas son pérdidas temporales totales del voltaje y las
origina a menudo la operación de los dispositivos automáticos de protección por
sobrecorriente. Muchas fallas eléctricas que ocurren en los circuitos de distribución
son de naturaleza temporal, como por ejemplo una rama de árbol que cae sobre
una línea, las líneas que se juntan por acción del viento, etc. Al interrumpir
brevemente la corriente de falla generada por estas condiciones temporales, como
un dispositivo automático de despeje de fallas, puede lograrse que la falla
temporal se resuelva sin dañar los conductores del circuito ni del equipo esta
acción la aprecian los consumidores del servicio eléctrico como un “parpadeo” de
las luces (véase figura 2).
15
Bus de bajo
voltaje de la
subestación
Transformador
de distribución
Línea deTransmisión
𝑥
Fusible
𝑥
Falla B
Falla A
Transformador de
distribución de la
subestación
Circuito dedistribución
Figura 1. En un circuito típico de distribución
Una falla permanente en el punto A hará que el cortacircuito B haga su ciclo por las operaciones
rápida y retardada y finalmente se cierre. Una falla temporal en el punto A puede permitir que el
cortacircuito B recorra varios ciclos de restablecimiento y posiblemente despeje la falla. Una falla
temporal en el punto B hará que el cortacircuito B recorra varios ciclos de restablecimiento. La falla
puede despejarse por la acción del cortacircuitos B, sin que opere el fusible, excepto que el fusible
se haya seleccionado del tamaño para operar ya sea antes del primer ciclo de restablecimiento o
antes de que el cortacircuitos B recorra ciclos para cerrar el circuito.
Calentamiento Enfria- Calentamiento Enfriadel Fusible
del fusible
miento
miento
1
2
Calentamiento
del Fusible
Enfriamiento
3
Supresión
del Fusible
4
Figura 2. Secuencia típica de operación automática de cortacircuitos
16
Operaciones “rápidas”
(Contactos Cerrados)
Operaciones “Con retardo”
(Contactos Cerrados)
Cierre del
restablecedor
Corriente de laCarga
(Contactos abiertos)
(Contactos Cerrados)
Iniciación de
la falla
Tiempo
Intervalos de restablecimiento (Contactos
abiertos)
Figura 2. Secuencia típica de operación automática de cortacircuitos comparada con la secuencia
de operación de un fusible situado corriente abajo.
Hay dos filosofías básicas para coordinar los dispositivos de protección en caso de
fallas eléctricas temporales: asignar un ahorro de fusibles para las fallas
temporales y forzar la operación de los fusibles bajo condiciones de fallas tanto
temporales como permanentes. Ambas filosofías consideran las características de
fusión y eliminación de elementos de los fusibles contra las características de
tiempo-corriente del dispositivo automático de protección que está corriente arriba.
Con el ahorro de fusibles, en condiciones de falla temporales después de la
ubicación de un fusible, el dispositivo automático que está corriente arriba opera
varias veces mientras se calienta el elemento fusible que está corriente abajo
debido a la corriente de la que está pasando. El elemento fusible tiene tiempo de
enfriarse durante los tiempos en que se abre el dispositivo automático y el
elemento fusible se calienta nuevamente cuando se cierra el dispositivo. Si se
despeja la falla antes que se funda y desaparezca un elemento fusible, se evita
una interrupción prolongada.
17
La desventaja de esta filosofía de ahorro de fusibles es que durante una falla
temporal, cualquier usuario del mismo circuito experimentará interrupciones
momentáneas y descensos de voltaje. Los fusibles coordinados incorrectamente
pueden sufrir fusión parcial durante las fallas temporales lo que da lugar a ahorro
de fusibles para una falla temporal y a operación problemática de los fusibles para
la siguiente falla temporal.
Algunas compañías de servicio eléctrico modifican su filosofía de coordinación de
los dispositivos de protección para resolver estos problemas. En algunos casos,
esta filosofía revisada se inclina por el uso de fusibles con características de
despeje más rápido. El despeje de fusibles más rápido limita la duración de la
caída de voltaje en el circuito que resulta por la caída IR del circuito. Algunas
compañías de servicio también han eliminado una o más de las primeras
operaciones rápidas en los cortacircuitos automáticos de la subestación y
restablecedores de la línea forzando la operación de fusibles en donde ha sido
posible antes el ahorro de fusibles en fallas temporales. Estos cambios pueden
ayudar a evitar algunas interrupciones momentáneas y las bajas de voltaje
asociadas. Sin embargo, pueden resultar interrupciones prolongadas en fallas
temporales en donde solo se esperarían antes interrupciones momentáneas.
2.3 Descenso de voltaje
Las caídas de tensión se han vuelto un problema común en los años recientes,
produciendo efectos que van desde el parpadeo de relojes digitales en los hogares
hasta procesos industriales interrumpidos. Esta es una condición que típicamente
ocurre cuando se inicia una falla en el sistema eléctrico y dura hasta que la falla
sea eliminada por un dispositivo de sobrecorriente. La falla puede ocurrir en la
planta industrial o en el sistema de la empresa eléctrica. Este tipo de condición
puede ocurrir también durante el arranque de motores grandes.
Sobrevoltajes.Los sobrevoltajes son incrementos temporales del voltaje de
duración similar a la de los descensos de voltaje. Pueden ocasionarlos las
descargas de rayos o la interrupción de cargas grandes.
18
2.4 Perturbaciones en el sistema
En un circuito de transmisión ocurren sobrevoltajes y perturbaciones cuando se
alteran en cualquier forma las condiciones del circuito. Una oscilación es una
perturbación recurrente debida, por lo general, a la oscilación de energía entre los
campos electrostático y electromagnético. A una oscilación de baja frecuencia o
una amortiguada rápidamente, se le llama variación transitoria. Las perturbaciones
pueden ser producidas por causas dentro del sistema del mismo, tales como
interrupción, tierras o cambios de carga o bien, pueden producirlas causas
externas, como por ejemplo un rayo. En una oscilación, la energía pasa de una
forma a otra, de manera que, si se supone que no hay pérdida,
1 2 1 2
𝐿𝑖 = 𝐶𝑒
2
2
O sea,
(1-1)
𝑒
𝐿
=√
𝑖
𝐶
En donde 𝑒 es el voltaje producido por una supresión súbita de la corriente 𝑖; 𝐿y
𝐶son la inductancia y la capacitancia de la línea, respectivamente. Si son
despreciables la resistencia y las fugas de la línea, al término √𝐿/𝐶 se le llama
comúnmente impedancia natural o de variación transitoria de la línea.
Por la ecuación (1-1), el máximo voltaje que puede ocurrir al suprimir la
corrienteIes
𝐿
𝑒 = 𝐼√
𝐶
(1-2)
Esta elevación del voltaje limita la corriente que puede interrumpirse en
condiciones de seguridad y hace que sea peligroso un cortocircuito. Cualquier
19
cambio en la carga habrá de alterar ya sea 𝑒o 𝑖y como la energía de los campos
electrostático y electromagnético no puede cambiar en un tiempo cero, 𝑒 e 𝑖deben
pasar por algunos valores transitorios antes de que se alcance nuevamente el
estado estable.
Si𝑟, la resistencia, es igual o mayor que √𝐿/𝐶, el fenómeno transitorio es no
oscilatorio y rápidamente desaparece. Si 𝑟es menor que √𝐿/𝐶, el fenómeno
transitorio es oscilatorio. La energía se disipa como calor en la resistencia, en
pérdidas por histéresis en los campos mismos, o puede romperse el aislamiento
del sistema, permitiendo que se manifieste la energía por sí misma en un arco.
En las relaciones anteriores se han despreciado las constantes de las cargas de la
línea y de los aparatos de las terminales.
La frecuencia a que oscila el transitorio es
𝑓=
1
4√𝐿𝐶
(1-3)
Cuando está abierta la línea en un extremo y aterrizada en el otro. La frecuencia
de oscilación corresponde a una longitud de onda de cuatro veces la longitud de la
línea, figura 3a, y es la frecuencia más baja a la que habrá de oscilar la línea. La
línea puede, por tanto, oscilar a las frecuencias
𝑓=
2𝑛 − 1
4√𝐿𝐶
(1-4)
En donde 𝑛es un entero cualquiera, por ejemplo, la línea puede oscilar a una
frecuencia que corresponda a una longitud de onda, 3/4 de la longitud de la línea
(𝑛 = 2), figura 3b, y a una longitud de onda que corresponda a 5/4 de la longitud
de la línea, etcétera.
20
Si la línea está abierta en ambos extremos o está en cortocircuito en ambos
extremos
𝑓=
1
2√𝐿𝐶
(1-5)
La cual es una oscilación de media onda, figura 4a. La línea puede oscilar a
múltiplos de esta frecuencia,
𝑓=
𝑛
2√𝐿𝐶
(1-6)
En donde 𝑛es un entero. La figura 4b muestra una oscilación de una longitud de
onda con ambos extremos de la línea abiertos. Los valores anteriores de 𝑓 son las
frecuencias naturales de la línea. Las constantes de la línea deben escogerse de
tal manera que estas frecuencias naturales no sean múltiplos impares de la
frecuencia de transmisión.
Una onda de potencial o de corriente se atenúa en magnitud y fase al viajar a lo
largo de una línea de transmisión. La constante de propagación por unidad de
longitud de la línea es  y el factor de propagación es∈−∝ =∈∝1 𝑥 ∈−𝑗∝2 , en
dondees
la
base
de
los
logaritmos
neperianos,
y∝=∝1 + 𝑗 ∝2 = √𝑧𝑦 =
√(𝑟 + 𝑗𝑙𝜔)(𝑔 + 𝑗𝑐𝜔); 𝑧, 𝑟y𝑙son, respectivamente, la impedancia, la resistencia y la
inductancia por unidad de longitud de la línea; 𝑦, 𝑔 y 𝑐 son, respectivamente, la
admitancia, la conductancia de fuga y la capacitancia por unidad de longitud de la
línea; 𝜔 = 2𝜋𝑓, en donde 𝑓 es la frecuencia; 𝑟 y 𝑧 están expresadas en ohms, 𝑦 y
𝑔 en ohms, 𝑙en henrys y 𝑐 en farads, todas por unidad de longitud de la línea.∝1 Es
la constante de atenuación y∝2 es el ángulo de retardo por unidad de longitud. Si la
línea es larga o si su impedancia de carga terminal es igual a la impedancia de
variación transitoria de la línea,∈−∝1 da la contracción en amplitud de la corriente o
el voltaje por unidad de longitud de la línea; ∈−𝑗∝2 tiene las propiedades de un
21
ángulo circular∝2radianes y es el factor que muestra el atraso (espacio de fase) de
la onda que ocurre en cada unidad de longitud de la línea. Después de que una
onda ha recorrido 𝑙 unidades de longitud de la línea, siendo entregados entonces
sus atrasos de fase atrás de la onda por el generador𝑙 ∝′2 radianes. A∝=∝1 +
𝑗 ∝2 también se le puede llamar el ángulo hiperbólico por unidad de longitud de la
línea. A manera de ejemplo, si∝= 0.000072 + 𝑗0.0007854radianes hiperbólicos por
milla, una onda de voltaje inicial de 100 V viajando a lo largo de la línea se
convierte en 98.22 V al final de la primeras 250 millas y está en retraso 0.1964
radianes circulares, o sea 11.25°, atrás de la onda que está siendo entregada por
el generador. Toscamente, en cada unidad de longitud de la línea, una onda se
contrae en amplitud una cantidad igual a ∝1por su amplitud inicial.
e
i
e
i
(a)
(a)
e
i
Corto
e
(b)
i
Abierta
Figura 3. Voltaje y corriente
instantáneos
para
una
línea
oscilando a (a) un cuarto de longitud
de onda y (b) tres cuartos de
longitud de onda.
Abierta
(b)
Abierta
Figura 4.
Voltaje y corriente
instantáneos para una línea abierta
oscilando a (a) media longitud de
onda y (b) una longitud de onda.
En la línea completa de longitud 𝑙 una onda de voltaje 𝐸 se atenúa a un voltaje 𝐸2
−𝜃1 −𝑗𝜃2
siendo 𝐸2 = 𝐸∈−𝜃 = 𝐸∈
= 𝐸(∈−𝜃1 𝑥 ∈−𝑗𝜃2 ),𝜃 = 𝑙 ∝, 𝜃1 = 𝑙 ∝1 , 𝜃2 = 𝑙 ∝2; es la
constante de propagación de la línea completa, 𝜃1 es la constante de atenuación
y𝜃2 es el ángulo de retardo para la línea completa, ∈−𝜃1 es la cantidad que se
contrae en amplitud una onda de corriente o de voltaje que viaja a lo largo de toda
22
la línea, y dicha onda está en atraso 𝜃2 radianes atrás de la onda que está siendo
entregada entonces por el generador, considerando una onda sencilla solamente.
Una onda de frecuencia 𝑓 viaja sobre la línea con una velocidad aparente o de
grupo𝑣 = 𝜔/∝2 , en donde𝜔 = 2𝜋𝑓 . Si se da∝2para 1 km de línea𝑣 = 𝑘𝑚/𝑠.
Si𝑟 = 0, y𝑔 = 0, 𝑣 = 1√𝑙𝑐 .Para una línea libre, uniforme, rodeada por aire, en la
que se desprecie la inductancia interna,𝑣es 300 000 km o 186 000 millas por
segundo, la velocidad de la luz. La velocidad real de propagación𝜔/∝2es menor
que ésta, debido a la presencia de resistencia, fugas, etcétera, que disipan la
energía.
La longitud de onda,𝜆 = 2𝜋/∝2 es válida para el estado estable y también para el
estado transitorio.Es la distancia que debe recorrer una onda para perder un ciclo
o 2𝜋 radianes con respecto a la fase del generador.
𝑟+𝑗𝑙
A la cantidad compleja√𝑔+𝑗𝑐 = √𝑧/𝑦 = 𝑧0 se le llama comúnmente impedancia de
variación transitoria, impedancia natural o impedancia característica de la línea, 𝑧0
es la impedancia que ofrece la línea en cualquier puntoa una onda en avance de
la frecuencia que se tiene bajo consideración. Es decir, la corriente 𝑖 = 𝑒/𝑧0 ,
siendo𝑖una onda de corriente en avance y 𝑒 la onda de voltaje correspondiente. Si
se desprecian la resistencia o la perditancia (fugas),𝑧0 = √𝑙/𝑐.
La impedancia de variación transitoria o impedancia natural de la línea completa
𝐿
es𝑧0 = √𝑍/𝑌 . Si se desprecian la resistencia y la perditancia𝑧0 = √𝐶 = √𝑙/𝑐.
Oscilaciones forzadas. A estas las produce una fuente de energía externa al
circuito, como por ejemplo un rayo, cuya frecuencia no tiene relación alguna con
las constantes del circuito. La frecuencia de tale oscilaciones es la de la fuente de
energía. Las perturbaciones que a menudo siguen a tales oscilaciones forzadas
tienen frecuencias que son determinadas por las constantes de la línea y las
impedancias de la terminal.
23
1

(a)
21
(b)
1

(c)
Figura 5. Reflejo de una onda de FEM al final de una línea a vierta. (a) Antes del reflejo; (b)
durante el reflejo; (c) después del reflejo.
Reflejo de las ondas viajera. Cuando una onda viajera de potencial llega al
extremo abierto de una línea, se refleja sin cambio de signo y el voltaje debe ser
en cada instante igual a 2𝑒1, siendo 𝑒1 la amplitud de la onda de potencial que va
llegando, en cada instante. Esto se ilustra en la figura 5, en la cual (a) muestra una
onda de techo rectangular, como la que produciría un voltaje de corriente directa
aplicando súbitamente, que viajará hacia el extremo abierto de una línea; en (b)
aparece la onda en el momento en que es reflejada, elevándose el voltaje durante
el reflejo al doble de su valor de incidencia; (c) muestra el reflejo completo.
Como no puede pasar corriente entre los cables del extremo abierto de una línea,
una onda viajera de corriente, al llegar al extremo abierto de la línea, tiene que ser
reflejada con cambio de signo. Esto se ilustra en la figura 7, en donde las ondas
incidente y reflejada se cancelan en parte mutuamente, por lo que en el extremo
de la línea la corriente es cero; en (c) aparece la onda de corriente completamente
24
reflejada. Las ondas de techo rectangular como las que aparecen en las figuras 5
y 6 no pueden existir en una línea de transmisión en cualquier distancia grande.
Dichas ondas están compuestas por un número infinito de armónicas impares.
Mientras más alta es la frecuencia de la armónica, mayor es la atenuación, razón
por la que en último término tales ondas se convierten prácticamente en ondas
senoidales.
Cuando una onda viajera de potencial llega al extremo en cortocircuito de una
línea, el potencial resultante debe ser cero, de manera que la onda tenga que ser
reflejada con cambio de signo. Una onda viajera de corriente, en cambio, se refleja
sin cambio de signo y en cada instante, la corriente debe ser igual al doble del
valor de la onda de corriente que va llegando en ese instante.
Con líneas en corto circuito abierto y en cortocircuito, tiene lugar el reflejo total
tanto del voltaje como de la corriente.
Reflejos parciales. Cuando una onda viajera llega a un punto de transición en el
que cambian las constantes del circuito o la impedancia de variación transitoria en
el que cambian las constantes del circuito o la impedancia de variación transitoria,
una porción de la onda es transmitida y el resto es reflejado. Por ejemplo,
considérese una onda viajera de potencial, cuya amplitud sea 𝑒1 volts, que pase
de un circuito cuya impedancia de variación transitoria sea 𝑍1 a otro circuito cuya
impedancia de variación transitoria sea 𝑍2 siendo𝑍1 = √𝐿1 /𝐶1 y 𝑍2 = √𝐿2 /𝐶2 ,
despreciando las pérdidas. La amplitud de la onda de potencial transmitida es
𝑒2 = 𝑒1
𝑍2
(𝑍1 + 𝑍2 )/2
(1-7)
25
i1
i
(a)
i1
i
0
(b)
i1
i
i1
(c)
Figura 23-6. Reflejo de una onda de corriente en el extremo de una línea abierta. (a) Antes del
reflejo; (b) durante el reflejo; (c) después del reflejo.
Y la amplitud de la onda de voltaje reflejada es
𝑒1′ = 𝑒1
𝑍2 − 𝑍1
𝑍1 + 𝑍2
(1-8)
De modo semejante, si una onda viajera de corriente, cuya amplitud es 𝑖1 𝐴, pasa
de un circuito cuya impedancia de variación transitoria es 𝑍1 ohm a otro circuito
cuya impedancia de variación transitoria es 𝑍2 ohm, la amplitud de la onda
transmitida es
𝑖2 = 𝑖1 =
𝑍1
(𝑍1 + 𝑍2 )/2
(1-9)
26
Y la amplitud de la onda reflejada es
𝑖1′ = 𝑖1
𝑍2 − 𝑍1
𝑍1 + 𝑍2
(1-10)
En consecuencia, una onda que pasa de una parte de un circuito a otra teniendo
una razón mayor de inductancia a capacitancia desarrollará un voltaje
incrementando y una corriente disminuida. Esto explica la destrucción de los
devanados del transformador, debida a los sobrevoltajes que llegan a éstos.
También, las perturbaciones que se originan en los sistemas de cables pueden no
hacer daño alguno hasta que pasen a una línea aérea cuya impedancia de
variación transitoria sea varias veces mayor. Por otra parte, si pasa una onda de
un sistema aéreo a un cable, el voltaje se reducirá y la corriente aumentará. Esto
explica la calidad autoprotectora de los cables a sobrevoltajes.
Una línea cuya longitud sea de un cuarto de onda se determina como primera
aproximación por la fórmula
𝐿=
186000
4𝑓
(1-11)
En donde 𝐿 es la longitud en milla, 𝑓 es la frecuencia e ciclos por segundo y
186000 la velocidad de la luz en millas por segundo y también la velocidad de una
onda eléctrica en millas por segundo si se desprecian todas las pérdidas. En
realidad, la velocidad de la onda es mucho menor que este valor debido a la
presencia de resistencia, perditancia, etc. Se puede demostrar que tal línea, con
voltaje constante en el generador, tiende a regular por corriente constante en el
extremo receptor y por tanto se vuelve difícil mantener el voltaje constante en la
carga. El voltaje puede elevarse hasta valores peligrosos cuando el circuito está
abierto, aunque una carga en el extremo receptor tiende a neutralizar este
27
potencial anormal, la frecuencia que corresponde a un cuarto de longitud de onda
de la línea es la frecuencia más baja a la que puede oscilar libremente la línea.
Ésta no puede oscilar a una frecuencia que corresponda ya sea a la mitad o a la
longitud de onda completa cuando el circuito esté abierto solo en un extremo.
La interrupción cambia las condiciones de carga y debe producir siempre
transitorios. Ordinariamente, estos transitorios son de pequeña magnitud y
rápidamente desaparecen sin causar daño alguno. Un cortacircuito en aceite casi
invariablemente abre el circuito en el punto cero de la onda de corriente. Al abrir
una línea sin carga o un transformador sin carga, el voltaje del circuito será
máximo cuando el circuito esté abierto. La línea o red se dejará entonces con una
carga igual al valor de cresta 𝐸𝑚 de la onda de voltaje de la línea. Este se
convierte en una onda viajera cuyo valor no puede exceder de 2𝐸𝑚 en el reflejo.
Habitualmente, se atenúa rápidamente para que no se aproxime a este valor.
Sinembargo, si se restablece el arco del cortacircuito durante el siguiente medio
ciclo del voltaje, el sobrevoltaje puede alcanzar teóricamente un valor de 3𝐸𝑚 .
Como un transitorio de corriente, sin embargo, el voltaje máximo es 𝑖𝑍0 es la
impedancia de variación transitoria.
Como la corriente en cortocircuito puede ser grande, la elevación del voltaje puede
ser teóricamente muy alta. El hecho de que los cortacircuitos tiendan a interrumpir
la corriente cerca del punto cero de la onda, evita los voltajes altos que de otra
forma pudieran ocurrir.
2.5 Impulsos y ruido
Los impulsos son condiciones de sobrevoltaje que duran menos de medio ciclo. A
causa de la forma de la onda, a los impulsos se les llama en ocasiones “puntas de
conmutación” o “transitorios”. Los rayos y la operación de interruptores pueden
ocasionar impulsos o transitorios.
El ruido es un impulso repetitivo sobrepuesto en la onda senoidal de potencia. Los
transmisores de radio, lámparas fluorescentes, cargadores de acumuladores,
computadoras y conexiones eléctricas flojas pueden ocasionar ruido eléctrico.
28
Se define como señales eléctricas indeseables que producen efectos indeseables
en equipo electrónico sensitivo. Existen 2 tipos, modo normal o transversal, que es
entre línea-línea o línea-neutro y modo común, cuando se presenta línea-tierra o
neutro-tierra. Las perturbaciones de modo común son voltajes medidos entre ya
sea una fase energizada y tierra, un neutro y tierra o ambos. Las perturbaciones
de modo transversal son voltajes medidos solamente entre conductores que lleven
corriente. Las perturbaciones de modo transversal pueden volverse de modo
común por el mutuo acoplamiento entre otros conductores y tierra cuando viajan
por todo el sistema eléctrico.
2.6 Armónicas
Son señales de frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia
fundamental de la señal de voltaje o corriente. Estas señales se suman a la señal
de frecuencia fundamental produciendo deformación en al onda senoidal
original.La distorsión armónica es una forma de ruido eléctrico. Las cargas
lineales, las que toman corriente en proporción directa del voltaje aplicado, no
generan grandes niveles de armónicas. Las cargas no lineales toman corrientes
en impulsos. Estas corrientes de impulsos crean caídas de voltajes en todo el
sistema como resultado de la interacción de la corriente con la impedancia del
sistema. Las distorsiones de voltaje por las cargas no lineales pueden crear
distorsión de voltaje más allá del sistema de cableado de los terrenos de la planta,
a través del sistema de la compañía de servicio, en las instalaciones de otro
usuario. Las cargas concentradas que generan grandes niveles de terceras
armónicas pueden dar lugar a una corriente de neutro mucho más alta que la que
normalmente se encuentra en circuitos en los que las corrientesde retorno de las
diferentes fases se anulan.
Al alimentar ciertas cargas estas formas de onda distorsionadas y sus
componentes armónicas asociadas pueden provocar algunos efectos adversos
tales como el calentamientos de motores y transformadores debidas a las perdidas
inducidas por altas frecuencias, calentamiento de bancos de capacitores, daño por
falla del equipo y operación no apropiada de interruptores (termomagneticos y
29
fusibles). Los controles electrónicos pueden operar erráticamente particularmente
cuando ellos dependen de una onda senoidal limpia para sincronización o
propósitos de control.
2.7 Desviaciones de la frecuencia
La desviación de la frecuencia raras veces representa un problema, especialmente
en donde se unen sistemas generadoras múltiples de suministro eléctrico para
formar un sistema de rejilla de compañía de servicio eléctrico. Pueden ocurrir
desviaciones de frecuencia en los sistemas eléctricos pequeños o en donde no se
extensa la red o rejilla
de potencia. La frecuencia extrema en una rejilla de
potencia es una señal de inestabilidad y de casos que seguramente requerirán de
procedimientos de emergencia (desconexiones de carga) para estabilizar la
frecuencia del sistema.La reducción de la frecuencia conduce a una disminución
de la productividad de los accionamientos eléctricos, al trabajo inestable de
equipos electrónicos, de mediciones y de sistemas de protecciones.La figura 7
muestra gráficas de diferentes perturbaciones de la potencia.
Figura 7. Gráficas de diferentes perturbaciones de energía.
30
Figura 7. Gráficas de diferentes perturbaciones de energía.
31
Figura 7. Gráficas de diferentes perturbaciones de energía.
32
SUB-TEMA 3.0
CONSIDERACIONES DE
LOCALIZACIÓN EN LA
INSTALACIÓN DE EQUIPOS
33
En los edificios existentes y nuevos, un estudio del sitio en cuanto a la calidad de
la energía indicará la necesidad de acondicionamiento de la energía o de otras
acciones antes de instalar equipos eléctricos sensibles. Tales estudios servirán
también como puntos de referencia respecto a si varía o no la calidad de la
energía con relación al tiempo.
3.1 Monitoreo de la calidad de la energía.
El monitoreo de la calidad de la energía en las primeras etapas de planeación de
una planta o de la instalación de cargas sensibles, proporciona información sobre
si existen o no problemas de calidad de la energía. El monitoreo puede consistir
inicialmente en examinar los registros que tenga a mano la compañía de servicio
eléctrico de la localidad. Estos pueden mostrar información acerca de la regulación
del voltaje, los niveles de distorsión de armónicas, las interrupciones prolongadas
y las momentáneas y otros aspectos de las condiciones de estados estables y
transitorios.
Las plantas que no puedan tolerar tiempos muertos por falta de energía, deben
establecer un programa continuado de monitoreo de la calidad de la energía,
aunado a la adición del equipo necesario para el acondicionamiento de la energía,
proporcionará protección si pasan desapercibidas algunas perturbaciones.
El registro preciso y detallado de los problemas de operación del equipo y del
tiempo muerto no programado proporciona información esencial acerca de los
problemas de calidad de la energía. Estos registros ayudarán a analizar la salida
del monitor de calidad de energía y a correlacionar los problemas del equipo con
las perturbaciones eléctricas registradas. Los registros de tiempos muertos deben
indicar cuáles equipos tuvieron problemas, la fecha, la hora y la duración del
problema; en qué consistió el problema, y las anotaciones pertinentes de cambios
que se observaron en las condiciones eléctricas o de otra índole antes o durante la
falla.
34
3.2 Registros de confiabilidad de la compañía suministradora
Los registros de la compañía de servicio proporcionan información relativa a la
frecuencia de las interrupciones prolongadas. Los registros de interrupciones
momentáneas pueden ser vitales al determinar la necesidad de cierto
acondicionamiento de la energía, sin embargo, aún cuando parezcan aceptables
los registros de la compañía de servicio eléctrico público, esas condiciones
pueden no continuar. Los incrementos de carga, la falla inesperada de equipos,
las tempestades, los accidentes de vehículos y demás eventos que están fuera de
control de la compañía habrán de afectar la calidad de la energía eléctrica en el
punto de entrega.
3.3 Recomendaciones del proveedor de equipo
Los proveedores de equipo deben poder proporcionar las tolerancias establecidas
para el equipo que venden y las condiciones de operación esperadas en el punto
de utilización deben estar dentro de estas tolerancias.
35
SUB-TEMA 4.0
DISEÑO DE SISTEMAS
ELÉCTRICOS
36
La eliminación completa de todas las perturbaciones de energía es imposible,
excepto en condiciones controladas de laboratorio. El diseño de un sistema
eléctrico que proporcione una compensación entre el suministro eléctrico no
acondicionado y el equipo sensible reconoce las condiciones del “mundo real.”
4.1 Circuitos de entrega de energía.
La probabilidad de interrupciones prolongadas o de interrupciones momentáneas
en un circuito de suministro eléctrico de trasmisión o de distribución, es
aproximadamente proporcional al número total de kilómetros de línea que tiene el
circuito. Por lo tanto, un circuito corto de rutas directas con un mínimo de taps,
tiene probabilidades de funcionar mejor que un circuito largo con muchos taps. Un
circuito directo sin cargas dispersas entre la fuente y el extremo de carga se llama
“circuito dedicado.”
En otras entregas de distribución especial se pueden emplear diseños y equipos
adicionales. Los derechos de vía de anchura extra y la incorporación de
apartarrayos adicionales disminuyen la posibilidad de fallas temporales o daños al
equipo causado por tormentas. Las alimentaciones por circuitos de distribución
alternos con interruptores automáticos de transferencia aminoran el efecto de las
interrupciones prolongadas.
Las compañías de servicio eléctrico solo ofrecen circuitos dedicados de
distribución u otras instalaciones apartadas de lo estándar a un cargo adicional y
este puede ser prohibitivamente costoso. Además, pueden no resolver todos los
aspectos de calidad de la energía. Los circuitos de distribución dedicados no
eliminan los atrasos de voltaje procedente de despeje de fallas en circuitos
alimentados desde el mismo transformador de distribución de la subestación ni
atrasos de voltaje ocurridos en los alimentadores de la línea de trasmisión. La
incorporación de alimentadores alternos con interruptores automáticos de
transferencia no eliminan las interrupciones momentáneas. Los interruptores
automáticos de transferencia deben de apoyarse en la detección de una perdida
de voltaje en el alimentador preferido para hacer el cambio en la fuente alterna. Si
37
los interruptores automáticos de transferencia son muy sensibles, pueden tenerse
problemas de transferencia.
4.2 Redes secundarias.
Uno de los sistemas de servicio eléctrico más confiables es el de redes
secundarias. En el pasado, se ha usado para alimentar áreas del centro de una
ciudad o en redes localizadas más pequeñas.
En un sistema de redes secundarias, varios circuitos primarios distribución (por lo
general más de dos) alimentan transformadores de distribución independientes.
Los secundarios de estos transformadores se alzan luego en una rejilla de
secundarios. Si se interrumpe uno de los circuitos primarios, los demás mantienen
operando la red de secundarios. Si se interrumpe uno de los circuitos primarios
por una falla en el primario, los protectores de la red detectan el paso invertido de
la corriente que proviene de la red de secundarios, a través de los trasformadores
por el circuito primario de la red que ha fallado.
Son raras las interrupciones prolongadas en un sistema de red mantenido de
manera apropiada. Sin embargo, existen algunas desventajas, principalmente para
la compañía de servicio responsable de mantener el sistema. A menos que haya
otros clientes los circuitos primarios o alarma de cierre excluyente en los
dispositivos protectores de los circuitos primarios. Después de que restaura un
circuito, deben inspeccionarse los protectores de la red para asegurarse de que
restauren los transformadores de la red del sistema. También, la capacidad
combinada de cortocircuito de los transformadores de la red puede dar lugar a
corrientes de falla en extremo altas en el secundario. Deben tenerse precauciones
especiales para evitar una falla catastrófica en el equipo eléctrico y los medidores.
A pesar de los inconvenientes, puede ser atractivo localizar una compañía con
equipo eléctrico sensible en una red de secundarios.
38
Como las interrupciones momentáneas y prolongadas son de ocurrencia rara, una
compañía puede evitar o reducir el nivel de respaldo de la protección de energía.
Sin embargo, debido a la interconexión de todos los secundarios, las
perturbaciones creadas por otros usuarios de la red pueden propagarse por el
sistema. A manera de ejemplo, la desconexión de capacitores en la red de bajo
voltaje puede producir impulsos y variaciones transitorias que se aproximen a 3
por unidad.
4.3 Diseño de la construcción de un sistema eléctrico.
La elaboración de proyectos para sistemas eléctricos, consiste básicamente en
proporcionar un arreglo de conductores, materiales y equipos de toda índole, con
el fin de utilizar la energía eléctrica en forma segura y eficaz desde la fuente de
suministro hasta el último utilitario: lámparas, motores y los diversos dispositivos
de control y protección, que constituyen el sistema.
Antes de “correr el lápiz sobre el papel”, para iniciar el proyecto deberán
considerarse los siguientes lineamientos generales por alcanzar:
1.- Tener en mente el alcance del sistema a proyectar para evaluar los conceptos
del suministro de la energía y las configuraciones básicas de las trayectorias del
alambrado y alimentadores principales y derivados en cada punto de utilización del
mismo.
2.- Tomar en consideración todos los conceptos prácticos de los circuitos
eléctricos, con sus conductores, aparatos, equipos dispositivos, herrajes,
debidamente seleccionados según el ambiente y uso, tamaños, modelos,
características,
especificaciones
y
adicionalmente
valores
intrínsecos
o
específicos del equipo necesario y de los materiales.
3.- Evaluar el costo de la construcción del sistema eléctrico completo, según se
haya determinado en los dos primeros conceptos enumerados, en función real de
las dimensiones de las edificaciones y áreas involucradas en el sistema, el tipo de
construcción y estructura de los edificios, mostrando lo más claro posible las
39
ubicaciones y detalles de las instalaciones de los equipos., ductos y
canalizaciones, conexiones a los alimentadores principales y derivados y otros
elementos que necesiten atención particular.
El tiempo óptimo para la planeación de la calidad de la energía es durante el
diseño de la construcción; los reajustes son a menudo costosos o imprácticos. El
equipo de acondicionamiento de la energía puede requerir de espacio de piso
dedicado o de cuartos especiales. Los generadores de emergencia requieren de
tanques de combustible, que plantean consideraciones ambientales. Muchos tipos
de acondicionamiento de energía producen calor, el cual puede requerir de
reforzamiento de aire o ventilación adicionales. El equipo especial grande o
pesado puede requerir de reforzamiento en los pisos o de planeación especial
para su instalación y remoción.
Las cargas sensibles no deben energizarse de los mismos circuitos que las cargas
inductivas grandes y de interrupción frecuente, como las de elevadores,
malacates, compresores de aire, etcétera. Sin embargo, las cargas continuas de
motores ayudan a proporcionar cierto efecto de arrastre durante los atrasos de
voltaje y las interrupciones momentáneas. Los campos magnéticos evanescentes
y la fuerza contra electromotriz de los motores proporcionan acción de generador
de un plazo breve. Hasta las copiadoras de oficina y los refrigeradores pueden
afectar a las computadoras y otros equipos sensibles. Véase la figura 9 para
varios diagramas esquemáticos para resolver el cableado de edificios.
40
120/208 v
Carga sensible
102/208 v
Circuito de distribución
120/208 v
Carga de acondicionamiento de aire
Transformador
de distribución
Otras cargas
Interruptor principal del edificio
(a)
La conexión de bancos de capacitores para corrección del factor de potencia
puede crear sobrevoltajes que afecten al equipo sensible. Un nuevo método para
evitar este problema es la desconexión de los capacitores en el cruzamiento del
voltaje cero de la curva senoidal de voltaje. Esto requiere de un monitoreo
sumamente sensible y de una capacidad de interrupción extremadamente rápida.
Otro método es hacer la conexión y la desconexión de capacitores en incrementos
en vez de hacerlo como unidades únicas.
120/208 v
Carga
sensible
Reducción de voltaje TX
480 v
Circuito de distribución
480 v
Carga de acondicionamiento de aire
Transformador
de distribución
Otras cargas de 480 v
Interruptor principal del edificio
(b)
41
120/208 v
Carga
sensible
Reducción de voltaje TX
Transformador
de distribución
Circuito de distribución
480 v
Otras cargas de 480 v
Interruptor de cambio
Normalmente abierto
480 v
Carga de acondicionamiento de
aire
480 v
Circuito de distribución
Transformador
de distribución
Otras cargas de 480 v
Interruptor principal del edificio
(c)
Figura 9. Diferentes maneras de resolver el alambrado del edificio y alimentar las cargas sensibles;
(a) no es tan buena como (b) y (c) es mejor que ambas, (a) o (b).
Algunas compañías de servicio imponen multas por factor de potencia bajo.
Aplicando capacitores a las cargas inductivas del circuito se obtiene corriente
reactiva en adelanto y se corrige el factor de potencia bajo. Sin embargo, los
capacitores para corrección de factor de potencia en el ambiente eléctrico actual,
pueden causar más problemas que los que resuelven, excepto que sean aplicados
correctamente.
Otro problema presenta la aplicación de capacitores para la corrección del factor
de potencia es la proliferación de las armónicas. La adición de capacitores puede
ocasionar el corrimiento de la frecuencia resonante del sistema eléctrico a una
42
frecuencia armónica domínate que puede estar presente en los niveles altos.
Estas condiciones resonantes pueden crear condiciones de sobrevoltaje y es
posible sobrecalentamiento en los bancos de capacitores o en otros equipos. La
quemadura inexplicable del fusible de un banco de capacitores puede ser síntoma
de problemas con las armónicas.
43
SUB-TEMA 5.0
TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN
44
5.1 Acoplamiento de los problemas a los eventos.
La relación entre un mal funcionamiento del equipo y un evento de perturbación de
energía es obvia si parpadean las lámparas a baja intensidad de iluminación. Solo
es necesario determinar si se puede evitar que se repita la perturbación o si se
necesita acondicionamiento de la energía u otra acción. El problema de análisis
nace cuando no existe correlación obvia entre el acondicionamiento del equipo
con cualquier otro evento identificable.
5.2 Inspección del cableado del edificio.
Uno de los primeros pasos de una inspección es siempre determinar si el sistema
eléctrico
esta
cableado
correctamente.
Un
sistema
que
está
instalado
correctamente de acuerdo con los códigos aplicables trabaja casi perfectamente
en la mayoría de las circunstancias.
Muchos problemas de funcionamiento del equipo ocurren como resultado del
aterrizado incorrecto o de otros problemas de cableado dentro del sistema mismo
de la propiedad. En ocasiones se emplean dispositivos normales para detectar
problemas de cableado en los receptáculos monofásicos de 120 V. Estos
dispositivos constan a menudo de no más de unas cuantas lámparas de neón para
detectar voltaje entre las ranuras del receptáculo. Sin embargo, estos detectores
no proporcionan indicación alguna de la forma en que funcionan los circuitos en
las condiciones reales de operación. Existen dispositivos con que se prueban los
circuitos con carga. Otros inyectan una corriente en el circuito del conductor de
tierra y determinan si es adecuada la impedancia del circuito a tierra para prevenir
problemas en el equipo o para evitar que operen correctamente los dispositivos de
despeje de fallas.
La eliminación de problemas de cableado, aunque es absolutamente necesaria
para la operación segura y confiable del sistema eléctrico, puede no corregir los
problemas del quipo sensible. Después de corregir las deficiencias del cableado
que se descubran, el monitoreo continuado determinará si es probable que esa
haya sido la causa del mal funcionamiento del equipo o si hay otros problemas.
45
5.3 Pruebas periódicas continuadas.
Una prueba inicial de los circuitos proporciona a un punto de referencia para
determinar si se deterioran las condiciones al paso del tiempo. Además de las
pruebas que se hacen en los circuitos de tierra, las pruebas efectuadas en los
demás conductores a intervalos regulares podrán demostrar condiciones de
deterioro antes de que se ocasionen problemas de funcionamiento del equipo.
5.4 Ajustes de los umbrales del equipo de monitoreo.
Los monitores de la calidad de la energía tienen, por lo general, umbrales de
detección ajustables. Excepto que el usuario conozca perfectamente el nivel de
perturbaciones que deba esperarse, no debe ajustarse el monitor a las posiciones
más sensibles. Si el monitor es demasiado sensible, va a registrar información que
no tenga relación con los tiempos muertos de los equipos específicos. Después de
un periodo de monitoreo, un conjunto de umbrales más sensibles puede ayudar
rastrear el origen de las perturbaciones de energía. Los manuales de operación
del equipo de monitoreo pueden dar sugerencias para los usuarios iniciales.
También deben considerarse las tolerancias sugeridas por los fabricantes para los
umbrales iniciales.
46
SUB-TEMA 6.0
EQUIPOS PARA EL
ACONDICIONAMIENTO DE LA
ENERGÍA
47
6.1 Acoplamiento del acondicionamiento a las condiciones.
Antes de seleccionar el equipo de acondicionamiento para la energía, debe
evaluarse la condición esperada del suministro eléctrico, en conjunto con una
consideración de las probabilidades de tener condiciones inesperadas y su posible
severidad. La figura 11 muestra una gama típica de calidad de energía de entrada
y parámetros de cara de los fabricantes mayores de las computadoras.La norma
ANSI C84, indica que los voltajes de estado estable que sean entregados en la
entrada de servicio estén dentro de +5 y -5% del nominal. La norma permite una
variación más amplia (+6 a -13% en la entrada del servicio) por periodos de corta
duración.
Intervalo típico de la calidad de la energía de entrada y parámetros de carga
de los principales fabricantes de computadoras
Parámetros*
Intervalo o máximos
1)Regulación de voltaje, estado estable
2)Perturbaciones
de
voltaje
bajo
+5, -10 a+10%, -15%(ANSI C84.1-1970 es +6. -13%
voltaje
-25 a -30% por menos de 0.5 s. con -100% aceptable
momentáneo
por 4 a 20 ms
Sobrevoltaje transitorio
+150 a 200% por menos de 0.2 ms
3)Distorsión armónica del voltaje †
3-5% (con carga lineal)
4)Ruido
No hay norma
5)Variación de frecuencia
60 Hz ± 0.5 Hz a ± 1 Hz
6)Rapidez de variación de la frecuencia
1 Hz/s (rapidez grande)
7)3ɸ, desbalanceo de voltaje en fase ‡
2.5 a 5%
8)3ɸ, desbalanceo de cargas §
5 a 20% máximo para cualquier fase
9)Factor de potencia
0.8 a 0.9
10)Demanda de la carga
0.75 a 0.85 (de carga conectada)
*Los parámetros 1) ,2) ,5) y 6) dependen de la fuente de energía, mientras que los parámetros 3)
,4) y 7) son el producto de una interacción de fuente y carga, y los parámetros 8),9) y 10)
dependen de la carga de la computadora solamente.
† Calculada como la suma de todos los voltajes armónicos sumados vectorialmente.
48
‡ Calculado como sigue:
% de desbalanceo de voltaje en fases= [3(Vmax-Vmin)/Va+Vb+Vc]·100
§ Calculando como la diferencia respecto a la carga monofásica media.
Figura 11. Intervalo típico de la calidad de energía de entrada y parámetros de la carga de los
fabricantes mayores de computadoras (ANSI/IEEE Std. 446-1087, p.73.)
La Computer and Business Equipment Manufacturers Association ha publicado
curvas llamadas perfiles de susceptibilidad. Estas muestran el rango aceptable de
los voltajes para las computadoras y otros equipos sensibles.
El equipo electrónico no sensible debe trabajar sin algún tipo de equipo de
acondicionamiento de la energía. Como mínimo, debe tenerse un supresor de
sobrevoltajes transitorios entre el suministro de energía del edificio y el suministro
de energía al equipo de protección de alumbrado y otra protección contra
variaciones. El equipo conectado a módems telefónicos debe de tener una
protección similar. El uso de técnicas más elaboradas para el acondicionamiento
de energía dependerá del valor del equipo, el valor de la información de proceso o
la almacenada o el potencial de la pérdida de ingresos o de tiempo improductivo
por causa de paros del equipo.
6.2 Tipos de equipo de acondicionamiento de la energía.
Hay en el mercado muchos tipos diferentes de equipo de acondicionamiento de la
energía para cubrir una gran variedades de necesidades. El costo es
generalmente proporcional a la complejidad del producto. En algunos casos, se
combina diferentes tecnologías para crear un producto hibrido de dos o más tipos
de discretos de acondicionamiento de energía.
Supresores de sobrevoltajes transitorios. Es un dispositivo electrónico diseñado
para proteger equipos críticos de Transientes de voltaje o Energías que se pueden
definir como impulsos de muy corta duración pero de muy alto voltaje entre1 a 2
veces el valor RMS. Estos pueden ser producidos por arranques y paradas de
motores y en forma externa a través de descargas atmosféricas (rayos)
49
Supresores Tipo A. Aquellos que se instalan como protección directa de las
cargas, (salidas de tomacorriente, multitomas).
Supresores Tipo B. Aquellos que se instalan como protección de alimentadores de
gran potencia y circuitos ramales cortos. (En tableros de distribución secundarios)
Supresores Tipo C. Aquellos que se instalan como protección primaria en la
cabecera de la instalación contra sobretensiones externas. Punto de entrada entre
el transformador y el primer medio de desconexión (en tableros de distribución
principales a la salida del transformador).
Clasificación de supresores de sobrevoltajes transitorios de acuerdo a la conexión
con la carga.
Los supresores se pueden clasificar de acuerdo a la conexión con la carga que
protegen. La conexión puede ser en paralelo o en serie con la carga, siendo la
conexión en paralelo la más común.
El tamaño de los supresores paralelo no depende del tamaño de la carga, sino de
su cercanía a la acometida y de la corriente que pueden tolerar. El supresor de
sobrevoltajes transitorios conectado en paralelo y el aparta-rayos tienen el mismo
principio de operación; cuando el voltaje en terminales de éstos aumenta, la
resistencia del elemento de protección disminuye, dejando pasar más corriente.
Los dispositivos en paralelo se pueden clasificar a su vez en dos tipos:

Sujetadores de voltaje

Dispositivos de arco
Ambos tipos de protectores (supresores) paralelo drenan corriente cuando el
voltaje aumenta por arriba del valor de ruptura. Los sujetadores de voltaje
recuperan el estado de circuito abierto cuando el voltaje disminuye por debajo del
nivel de ruptura, mientras que los de arco entran en conducción cuando el voltaje
está muy por arriba del voltaje de arco (digamos un 50% por arriba de dicho
voltaje), una vez en conducción el voltaje en terminales cae repentinamente a ese
50
voltaje de arco y se mantiene casi constante. Entre los dispositivos sujetadores de
voltaje se tienen los siguientes
o MOV, varistor de óxido metálico,
o Celdas de selenio
o Diodos de avalancha, protectores zener.
La Figura 12 muestra la característica corriente - voltaje de un supresor zener con
voltaje de ruptura nominal de 15 V a 1 mA.
Obsérvese que la corriente es casi cero cuando el voltaje en terminales del
supresor es inferior a 15V y la corriente crece rápidamente cuando el voltaje
excede un valor cercano al nominal.
La Figura de la derecha, corresponde a la característica corriente - voltaje de un
MOV de150 V rms. La corriente es prácticamente cero para voltajes inferiores a
260 V y para voltajes superiores la corriente crece rápidamente
Figura 12 Característica de un supresor zener y MOV de 150 Vrms
Dispositivos de arco.Entre los dispositivos de arco se encuentran los siguientes:
o
o
o
o
Tubos de gas.
Puntas metálicas con separación pequeña, entrehierros
Puntas de carbón con separación pequeña.
Tiristores.
51
Estos dispositivos tiene la capacidad de manejar grandes corrientes ya que el
voltaje en sus terminales disminuye en forma importante cuando están en estado
de conducción. Se utilizan frecuentemente en protectores telefónicos y en
protectores de líneas de datos. No se pueden utilizar fácilmente en protectores de
alimentación de CA; en esa aplicación son preferibles los sujetadores de voltaje.
La Figura 13 muestra la característica corriente - voltaje de un tubo de gas, el
voltaje de arco es de 60 V. pero el voltaje en terminales debe llegar a casi 100 V
para que entre en conducción, cuando el voltaje cae por debajo de 60 V la
corriente se hace cero.
Figura 13 Característica voltaje-corriente de un tubo de gas
Los supresores serie utilizan elementos de protección como los utilizados en los
protectores paralelo, pero incorporan un inductor o un resistor serie; debido a esto
pueden limitar mucho mejor los sobrevoltajes transitorios. Los elementos serie
deben ser capaces de conducir la misma corriente quela carga, de ahí que las
dimensiones y el costo de éstos sean dependientes de la carga.
52
La siguiente figura 14muestra un supresor de línea de datos que tiene elementos
serie; este el tipo de protectores de línea de datos muy recomendado.
Transformadores para aislar otros fenómenos. Como su nombre lo indica, el
Transformador de aislamiento, aísla la entrada de energía de la salida,
independizando completamente el suministro eléctrico externo del interno a través
de una malla electroestática. El traspaso de energía es vía inducción (a diferencia
de un transformador normal, esta inducción se hace a través de una malla
electroestática), esto significa que la mayoría de perturbaciones eléctricas
externas no son pasadas al circuito eléctrico interno protegiendo todos los equipos
conectados de interferencias, pequeñas distorsiones en la frecuencia, armónicas,
entre otros.
La mayoría de computadoras son diseñadas para funcionar con una alimentación
eléctrica de 1 fase (vivo), 1 neutro y una toma a tierra (para seguridad), lo cual en
los suministros regulares monofásicos no esta regulado, cualquier toma a veces
son 2 fases (2 fases de 110v hacen 220v), o no se posee el neutro adecuado.
EL neutro en una toma eléctrica, es un cable que no lleva corriente, es decir que
en contacto con una tierra no existe voltaje. El cable de fase, es la que lleva la
energía y tiene que entregar 220V contra el neutro y 220v contra la tierra, pero por
la forma de transformar la corriente, muchas veces el neutro lleva 110V con un
tierra (porque no es neutro, sino 2 fases de 110v), lo cual daña los equipos de
computo porque no están hechos para funcionar de esa manera.
53
El transformador de Aislamiento por su diseño, permite obtener cero ( 0 voltios )
entre neutro y tierra; y 220 voltios entre fase y tierra, normativa ideal para
cualquier equipo de cómputo, y esto lo hace a pesar de que las fases se cambien
o tengan el voltaje que tengan.
Para resumir, el transformador de Aislamiento protege de las alteraciones
eléctricas externas (motores, ruido, armónicas, etc) al independizar tu red eléctrica
interna y da a los equipos la correcta proporción entre fase, neutro y tierra
requerida para que los equipos de computo funcionen adecuadamente.
Reguladores magnéticos de voltaje. Los reguladores magnéticos de voltaje son
transformadores
convencionales
o
autotransformadores
con
cambiadores
automáticos de taps. Algunos dispositivos magnéticos saturan el campo magnético
dentro del núcleo y utilizan retroalimentación para regular este nivel de saturación
y resistir cambios súbitos del voltaje de la línea. La figura 15 muestra diagrama de
diferentes tipos de reguladores magnéticos de voltaje.
Línea
Sensorde
Voltaje
Carga
Motor
Figura 16.|
(a)
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Núcleo principal
Línea
Derivación resonante
Carga
Circuito resonante
(b)
Carga
Línea
Sensor de Voltaje
(c)
Figura 15. Diagramas de diferentes tipos de reguladores magnéticos voltaje. a) Regulador
estándar típico con cambiador mecánico de taps; b) transformador ferrosonante; c) conmutador
electrónico de taps.
55
Grupos motor-generador. Los primeros motores de CD de velocidad variable y
fuentes de energía de 400 Hz utilizaron grupos de motor-generador para generar
corriente directa o alterna a una frecuencia diferente. Unas de las ventajas
principales de los grupos de motor-generador es que proporcionan aislamiento
total con respecto al sistema de servicio público eléctrico. Además, la inercia del
motor y el generador, especialmente cuando están previstos de volante,
proporciona
cierta
capacidad
de
arrastre
en
interrupciones
de
voltaje
momentáneas. También proporcionan excelente arrastre prolongando para
atrasos de voltaje de duración limitada o para condiciones prolongadas de bajo
voltaje.
Los grupos estándar motor-generador raras veces pueden proporcionar tiempos
mayores de 15 a 30 ciclos, dependiendo de la carga y de las limitaciones
mecánicas de motor-generador. Por lo general, la limitación es la capacidad de
mantener una frecuencia de salida que este dentro de la tolerancia de carga.Se
han desarrollado un nuevo tipo de motor-generador con capacidad de arrastre
muy mejorada, aun para la completa perdida de voltaje de alimentación. A este
equipo se le llama motor-generador Roesel, en honor a su inventor. El principio
fundamental del aparato es una bobina de excitación que “escribe” polos en una
capa de material magnético sobre el núcleo del campo. El motor con escritura de
polos y el generador, actúan como maquinas sincrónicas convencionales hasta
que los circuitos sensores interiores detectan un cambio de velocidad del rotor
debido a la perdida de energía de la fuente o de sobrecarga. Entonces, la bobina
de excitación que tiene el generador, vuelve a escribir polos en el rotor para
compensar el cambio de velocidad del rotor y así mantiene una frecuencia de
salida constante.
El motor del grupo motor-generador Roesel utiliza el principio de escritura de
polos. El motor con escritura de polos proporcionan la velocidad constante de un
motor sincrónico con las características de alto par de arranque de un motor de
jaula de ardilla. Este alto par de arranque permite usar un motor de grande inercia
56
y con este se incrementa el arrastre debido al momento rotacional (efecto de
volante) del rotor.
Este esquema mantiene el voltaje y la frecuencia por duraciones de como mínimo
15 s. a plena carga nominal. Es útil para tener arrastre durante interrupciones
momentáneas debidas a operaciones instantáneas de cortacircuitos de la
compañía de servicio, y durante el arranque de un generador de reserva para
energía de emergencia.
Fuentes de energía ininterrumpible y suministro de energía de emergencia.UPS
también conocido por las iniciales SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida),
es la forma abreviada del inglés de UninterruptiblePowerSupply. Un Sistema de
Alimentación Ininterrumpida es un conjunto de dispositivos estáticos (eléctricos y
electrónicos) que aseguran el suministro sin interrupción de una energía eléctrica
de calidad.
Las UPS además de suministrar energía eléctrica ininterrumpida en caso de corte
de red durante un cierto tiempo, protegen ante variaciones de tensión o
perturbaciones, suministrando una energía "limpia y estable".
Una fuente de alimentación ininterrumpida es un dispositivo destinado a proteger
los datos que se están procesando en una computadora contra las interrupciones
en el suministro de energía eléctrica.
Las fuetes de energía ininterrumpible (UPS, por uninterruptible power sources)
constan típicamente de un rectificador, un banco grande de acumuladores y
energiza la carga a través del inversor de cd a ca. Si se interrumpe el voltaje de
entrada de ca, los acumuladores toman la carga por intermedio del inversor hasta
el retorno del voltaje de ca.
En condiciones normales, la carga de los UPS, opera al inversor de cd a ca con el
rectificador de ca a cd para mantener cargados los acumuladores y alimentar al
inversor. Al haber una falla interna en el UPS, el interruptor de desvió cambia
automáticamente a energía no acondicionada. El interruptor de desvió proporciona
57
un medio manual para cambiar la energía de suministro eléctrico normal para
hacer reparaciones a los componentes de la UPS. La figura 16 muestra el
diagrama de una ups estándar.
Algunos sistemas de respaldo de acumuladores parecen funcionar como UPS
normales pero, en realidad, son sistemas de energía de reserva. Suministran
energía a la carga desde una fuente eléctrica normal en circunstancias normales.
Pero cuando se interrumpe la energía normal, los acumuladores, que se
mantienen cargados, se conectan y toman a su cargo el suministro de energía por
medio de un inversor. Cuando se restablece el voltaje normal de alimentación, el
dispositivo retorna al suministro normal de ca y recarga los acumuladores para el
siguiente evento. Existen varios esquemas para hacer la transferencia de energía
normal de ca a acumuladores y nuevamente en retroceso sin interrupciones ni
atraso. Sin embargo, la filosofía es la misma; mantener un voltaje adecuado a la
carga mientras se hace el cambio en cualquier dirección. La figura 17 muestra un
esquema simplificado de la fuente de energía de reserva energizando por
acumuladores.
Acumuladores
Entrada de CA
Rectificador/
Cargador.
CA a CD
Inversor
CD a CA
Carga
Interruptor de desvío
Circuito del
sensor de
fallas del
convertidor
Figura 16. Diagrama de una UPS estándar
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Rectificador/
Cargador.CA a
CD
Acumuladores
Carga
Entrada de CA
Interruptor de
desvío
Circuito del
sensor de
fallas del
convertidor
Figura 17. Muestra un esquema simplificado de la fuente de energía de reserva energizado por
acumuladores.
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SUB-TEMA 7.0
OTROS MÉTODOS PARA
RESOLVER PROBLEMAS DE LA
CALIDAD DE LA ENERGÍA
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7.1 Diseño de aparatos electrónicos o eléctricos.
Cualquier equipo electrónico o accionado por electricidad puede diseñarse y
construirse para soportar los problemas que más pueden esperarse de la calidad
de energía. Los fabricantes de equipo deben tomar una decisión de negocios para
fabricar sus productos de manera que soporten las situaciones que pueden
esperarse normalmente. Si el equipo tiene amplios márgenes, el costo agregado
puede reducir la competitividad del equipo en el mercado. Algunos ofrecen
dispositivos protectores suplementarios a un costo adicional para el cliente. Otros,
reconociendo la actitud recientemente alerta de sus clientes, están agregando
ciertas características de mitigación por calidad de la energía a sus productos,
sacando modelos “nuevos y mejorados”.
Los siguientes cambios pueden no ser factibles para todas las situaciones. Toda
modificación al equipo debería analizarse con el fabricante del mismo. Los
cambios no autorizados que se hacen al equipo suelen llevar a la invalidación de
sus garantías del mismo.
7.2 Adición de capacitores a fuente de CD
La fuente típica de energía de CA a CD contiene un capacitor grande entre las
terminales de salida de los rectificadores para allanar el rizo en el voltaje de salida
de CD. El capacitor resiste cambios bruscos de voltaje de duración breve y ayuda
a mantener voltaje de salida de CD. Un capacitor más grande proporciona mayor
almacenaje de energía (energía almacenada = ½ CV 2) y amplía la capacidad de
arrastre de las fuentes de energía de CD.
7.3 Aislamiento separador de las secciones de equipo sensible.
Algunos de los equipos industriales controlados por microprocesadores utilizan los
mismos circuitos para energizar el mismo procesador y la maquinaria pesada
controlada por este. La separación del suministro de energía del microprocesador,
del resto de la maquina hace más económico aplicar acondicionamiento de
energía solo al microprocesador y no a toda la máquina.
61
7.4 Cambio de Taps de los transformadores
Los problemas que se experimentan en la operación de algunos equipos, se
deben en ocasiones a que se opera el equipo en el intervalo bajo de voltaje
recomendado cerca de él. Una caída de IR con todo el cableado del edificio o una
especificación de voltaje incompatible de la maquina puede dar lugar a problemas
de operación del equipo.
Muchos transformadores de distribución grandes tienen taps en el secundario, por
lo general, con incrementos de unos cuantos puntos porcentuales por tap. El
cambio de taps puede dar un voltaje de suministro ligeramente mayor a ayudar a
compensar por problemas de voltaje marginal. Debe tenerse precaución al hacer
esto; durante los periodos de carga baja, la caída interna del transformador es
más baja que a plena carga, lo cual hace posible tener condiciones de voltaje alto.
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BIBLIOGRAFÍA

American National Standards Institute (ANSI), National Electrical Code,
ANSI/NFPA 70-1990

American National Standards Institute (ANSI), “Electrical Power Systems and
Equipment-Voltage Ratings ANSI C84.1-1989.

The Dranetz Field Handbook for Power Quality Analysis. Dranetz Technologies,
Inc., Edison, New Jersey. 1991.

Institute of Electrical and Electronic Engineer (IEEE), “IEEE Recommended
Practice for Emergency and Standby Power System for Industrial and
Commercial Applications.” Satandard no. 446-1987 (IEEE Orange Book), 1987.
63