Perturbaciones en la calidad del suministro 1

¿Que nos viene a la mente cuando escuchamos
el término “Calidad de la Energía”?
¿En el caso de la gasolina para nuestro
automóvil que pensamos?

4
En el caso de la gasolina estaríamos contentos
con su calidad sí:
a.- …………………
b.- ………………..
c.- …………………
Y en el caso del suministro de energía eléctrica
diríamos que es de calidad sí:
a.- ………………..
b.- ………………..
c.- …………………

5
Un estudio reciente en los Estados Unidos ha demostrado que
las firmas industriales, comerciales y financieras están
perdiendo alrededor de 45,700 millones de dólares por año a
consecuencia de interrupciones en el suministro de energía
eléctrica. En todos los sectores comerciales, se calcula que se
pierden de 104,000 a 164,000 millones de dólares a
consecuencia de las interrupciones, y otros 15,000 a 24,000
millones de dólares a consecuencia de otros problemas de
calidad del suministro.

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En los procesos industriales automatizados, líneas enteras de
producción pueden descontrolarse, creando situaciones
riesgosas para el personal de planta y costoso desperdicio de
materiales. La pérdida de procesamiento en una gran
corporación financiera puede costar miles de dólares
irrecuperables por minuto de tiempo de inactividad, así como
muchas horas posteriores de tiempo de recuperación. El daño
de programas y datos causado por una interrupción en el
suministro eléctrico puede provocar problemas en las
operaciones de recuperación de software que puede llevar
semanas resolver

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En nuestro caso, nos podemos preguntar:
• ¿Qué riesgos correrá la empresa si no cuenta con un
suministro de energía eléctrica confiable?
• ¿Cuánto tiempo puede soportar el servicio en ausencia total
de electricidad?
• ¿Qué implicaciones tendrá para la compañía, el no contar
con un sistema de respaldo?

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CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
La definición de la calidad de la energía es muy amplia. Pero
puede decirse que es la ausencia de interrupciones,
sobretensiones, deformaciones producidas por armónicas en la
red y variaciones de voltaje suministrado al usuario. Además le
concierne la estabilidad de voltaje, la frecuencia y la continuidad
del servicio eléctrico.

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Actualmente la calidad de la energía es el resultado de
una atención continua.
En años recientes, esta atención ha sido de mayor importancia
debido al incremento del número de cargas sensibles en los
sistemas eléctricos, las cuales por sí solas pueden resultar ser una
causa de degradación en la calidad de la energía eléctrica

Las perturbaciones en la calidad del suministro de energía
eléctrica definidas por el estándar del IEEE según la forma
de la onda son:
1. Transitorios
2. Interrupciones
3. Bajada de tensión / subtensión
4. Aumento de tensión / sobretensión
5. Distorsión de la forma de onda
6. Fluctuaciones de tensión
7. Variaciones de frecuencia

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1. TRANSITORIOS
Los transitorios, son potencialmente el tipo de perturbación
energética más perjudicial; estos se dividen en dos subcategorías:
1. Impulsivos
2. Oscilatorios
IMPULSIVOS :
Los transitorios impulsivos son eventos repentinos que elevan la
tensión y/o los niveles de corriente en dirección positiva o
negativa. Estos tipos de eventos pueden clasificarse más
detenidamente por la velocidad a la que ocurren (rápida, media y
lenta). Los transitorios impulsivos pueden ser eventos muy rápidos
(5 nanosegundos de tiempo de ascenso desde estado estable hasta
la cresta del impulso)
De una duración breve (menos de 50ns)

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El transitorio impulsivo es a lo que se refiere la mayoría de la gente
cuando dice que ha ocurrido una sobretensión transitoria. Se han
utilizado muchos términos para nombrarla tales como, caída de tensión,
sobretensión breve etc.

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CAUSAS:
•Rayos
•Puesta a tierra deficiente
•Encendido de cargas inductivas
•Cargas electrostáticas (ESD)
•Fallas en la red de suministro eléctrico
Dos de los métodos de protección mas utilizados contra los transitorios
impulsivos son:
1. Los dispositivos de supresión de sobretensiones transitorias o
“TVSS” (Instalados del lado de la carga, 600V o menos)
2. Dispositivos de protección contra sobretensiones SPD
(Instalados del lado de la línea, pueden ser de alta media o baja
tensión)

TRANSITORIOS OSCILATORIOS:
Un transitorio oscilatorio es un cambio repentino en la condición de estado
estable de la tensión o la corriente de una señal, o de ambas.
En términos simples , el transitorio hace que la señal de suministro produzca
un aumento y luego una bajada de tensión en forma alternada y muy rápida;
suelen bajar a cero dentro de un ciclo (Oscilación descendente).

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CAUSAS:
Estos transitorios ocurren cuando se conmuta una carga inductiva o capacitiva,
tal como un motor o un banco de capacitores. El resultado es un transitorio
oscilatorio dado que la carga resiste el cambio.
Cuando los transitorios oscilatorios aparecen en un circuito energizado,
generalmente a consecuencia de operaciones de conexión de la red eléctrica
(especialmente cuando los bancos de capacitores se conectan
automáticamente al sistema), pueden ser muy perturbadores para los equipos
electrónicos.
Una solución común para atenuar el efecto causado por la conexión súbita de
los capacitores es la instalación de reactores o bobinas de choque de línea que
amortiguan el transitorio oscilatorio a un nivel manejable.

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2. INTERRUPCIONES
Una interrupción se define como la perdida total de tensión o de corriente.
Según sea su duración, una interrupción se clasifica como:
•Instantánea (De 0,5 a 30 ciclos)
•Momentánea (30 Ciclos a 2 segundos)
•Temporal (2 segundos a 2 minutos)
•Sostenida ( mayor a 2 minutos)

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CAUSAS:
Las causas de las interrupciones pueden variar, pero generalmente
son el resultado de algún tipo de daño a la red de suministro
eléctrico, tales como caídas de rayos, animales, árboles, accidentes
vehiculares, condiciones atmosféricas destructivas (vientos fuertes,
gran cantidad de nieve o hielo sobre las líneas etc.), equipos o
disparo del disyuntor básico.
Una interrupción, ya sea instantánea, momentánea, temporal o
sostenida, puede causar trastornos, daños y tiempo de inactividad,
desde el usuario hogareño hasta el usuario industrial. Un usuario de
computadoras en el hogar o de una pequeña empresa podría perder
datos valiosos cuando se daña la información por la pérdida de
suministro al equipo.

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Para minimizar el problema causado por las interrupciones, se
necesitan equipos o métodos de diseño adicionales para permitir
que los equipos o el proceso del cliente resistan (permanezcan
funcionando en forma constante durante perturbaciones en la
calidad del suministro) o que se reinicien después (y durante)
interrupciones inevitables.
Los dispositivos de reducción más comunmente empleados, son los
sistemas de energía ininterrumpibles (UPS), los motogeneradores, y
el uso de técnicas de diseño de sistemas que aprovechan los
sistemas redundantes y el almacenamiento de energía.

3. Bajada de tensión.
Una bajada de tensión es una reducción de la tensión de CA a una
frecuencia dada con una duración de 0,5 ciclos a 1 minuto. Las
bajadas de tensión suelen ser provocadas por fallas del sistema, y
frecuentemente también son el resultado de encender cargas con
altas demandas de arranque.

Las causas comunes de las bajadas de tensión incluyen el encendido de
grandes cargas (como la que se puede ver cuando se activa por primera vez
una unidad grande de aire acondicionado) y la liberación remota de fallas por
parte de los equipos de la red eléctrica.
Es importante recordar, que un motor al arranque, llega a demandar hasta seis
veces el valor de su corriente nominal.
Aunque puede ser la solución más eficaz, agregar un circuito dedicado para
cargas con grandes corrientes de arranque tal vez no siempre sea práctico o
económico ; otras soluciones para las cargas con grandes corrientes de
arranque incluyen métodos alternativos de suministro de corriente que no
cargan el resto de la infraestructura eléctrica en el arranque de motores, tales
como los arrancadores de tensión reducida, ya sea con autotransformadores o
configuraciones de estrella/delta.
También está disponible un arrancador suave del tipo estado sólido, eficaz
para reducir la bajada de tensión cuando arranca un motor.
Causas:

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SUBTENSIÓN:
Las subtensiones son el resultado de problemas de larga duración
que crean bajadas de tensión. La solución de las bajadas de tensión
también se aplica a las subtensiones. Sin embargo, una UPS con
capacidad de regular tensión mediante el uso de un inversor antes
de utilizar energía de batería, evitará la necesidad de reemplazar
frecuentemente las baterías de la UPS. Lo que es más importante, si
una subtensión permanece constante, puede ser señal de una falla
grave del equipo, o bien de un problema de configuración, o de la
necesidad de verificar el suministro de energía eléctrica.

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4. AUMENTO DE TENSIÓN / SOBRETENSIÓN
Evidentemente el aumento de tensión es la forma inversa de una bajada de
tensión, la cual tiene un aumento en el voltaje de CA con una duración de 0,5
ciclos a 1 minuto. En el caso de los aumentos de tensión, son causas comunes
las conexiones neutras de alta impedancia, las reducciones repentinas de
carga, (especialmente de cargas grandes) y una falla monofásica sobre un
sistema trifásico.
El resultado puede ser errores de datos, parpadeo de luces, degradación de
contactos eléctricos, daño a semiconductores en equipos electrónicos y
degradación del aislamiento. Los acondicionadores de línea de suministro, los
sistemas UPS y los sistemas de control ferroresonante, son soluciones
comunes.

SOBRETENSIÓN :
Las sobretensiones pueden ser el resultado de problemas de larga
duración que crean aumentos de tensión. Una sobretensión puede
considerarse un aumento de tensión prolongado. Las sobretensiones
también son comunes en áreas donde los valores de referencia de los
taps del transformador de suministro están mal configurados y se han
reducido las cargas. Esto es común en regiones estacionales donde las
comunidades reducen el uso de energía fuera de temporada y aún se
está suministrando la capacidad de energía para la parte de la estación
de alto uso, aun cuando la necesidad de suministro es mucho más
pequeña.

5.DISTORSIÓN DE LA FORMA DE ONDA.
Existen 5 tipos principales de la distorsión de la forma de
onda:
1. Desplazamiento por corriente continua
2. Generación de armónicas
3. Interarmónicas
4. Corte intermintente
5. Ruido

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La corriente continua (CC) puede inducirse a un sistema de distribución de
CA, frecuentemente a consecuencia de la falla de rectificadores dentro de las
diversas tecnologías de conversión CA a CC que han proliferado en los equipos
modernos. La CC puede trasponer el sistema de suministro de CA y agregar
corriente indeseada a dispositivos que ya están funcionando a su nivel
nominal. El sobrecalentamiento y la saturación de los transformadores
pueden ser el resultado de la circulación de corrientes CC. Cuando un
transformador se satura no solamente se calienta sino que además es incapaz
de entregar toda su potencia a la carga,

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ARMÓNICAS:
La distorsión armónica es la corrupción de la onda senoidal fundamental a
frecuencias que son múltiplos de la fundamental.
Los síntomas causados por problemas relacionados con armónicas incluyen
transformadores, conductores neutros y otros equipos de distribución
eléctrica sobrecalentados, así como el disparo de protecciones y la pérdida de
sincronización en los circuitos de temporización que dependen de un circuito
de disparo basado en una forma de onda senoidal limpia.
Las cargas no lineales tales como los rectificadores convencionales y las
fuentes conmutadas, no demandan corriente sobre todo el ciclo, sino que lo
hacen en forma de “Pulsos” de corta duración; estos pulsos de corriente son
los causantes de las componentes armónicas de acuerdo al teorema de
Fourier, mismos que se presentan en frecuencias múltiplos de la fundamental.

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Muchas componentes armónicas en lugar de anularse entre si en el neutro se
suman, creando corrientes de magnitud apreciable en este conductor.
Un conductor neutro sobrecargado puede conducir a tensiones
extremadamente altas sobre las ramas de distribución de energía, lo que
provoca grandes daños a los equipos conectados. Al mismo tiempo, la carga de
estos SMPS múltiples se toma en las crestas de cada medio ciclo de tensión, lo
que frecuentemente ha llevado a la saturación y consecuente
sobrecalentamiento del transformador .
Otras cargas que contribuyen a este problema son los controladores
electrónicos de motores de velocidad variable, los balastros electrónicos para
iluminación y los grandes sistemas UPS . Los métodos utilizados para mitigar
este problema han incluido el sobredimensionamiento de los conductores
neutros, la instalación de transformadores de factor “k” y la instalación de
filtros de armónicas.

29
Las fuentes de alimentación de la mayoría de los nuevos equipos informáticos
han sido diseñadas con circuitos correctores dinámicos de factor de potencia
que funcionan como cargas lineales, por lo que no presentan ni problemas de
armónicas ni problemas de bajo factor de potencia.

30
INTERARMÓNICA .
La distorsión interarmónica es un tipo de distorsión de forma de
onda que suele ser el resultado de una señal sobrepuesta en la señal
de tensión por equipos eléctricos como convertidores de frecuencia
estáticos, motores de inducción y dispositivos de generación de arco
.
El efecto más notable de la distorsión interarmónica, es el parpadeo
visual de monitores y luces incandescentes, además de causar un
posible calentamiento e interferencia en las comunicaciones; dentro de
las soluciones más comunes para resolver la problemática relativa a
este problema, están las UPS, los acondicionadores de línea y los
filtros.

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CORTE INTERMITENTE.
El corte intermitente es una perturbación periódica de la tensión causada por
algunos dispositivos electrónicos, como controles de velocidad variable,
atenuadores de luz y soldadores por arco durante funcionamiento normal.
Este problema podría describirse como un problema de impulso transitorio,
pero dado que los cortes intermitentes son periódicos en cada medio ciclo, el
corte intermitente se considera un problema de distorsión de forma de onda.
Las consecuencias usuales del corte intermitente son el paro total del
sistema, la perdida de datos y los problemas de transmisión de datos.

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Una solución para los cortes intermitentes, es trasladar la carga lejos del
equipo que causa el problema, las UPS y los equipo de filtrado también son
soluciones viables para los cortes intermitentes, si el equipo no puede ser
trasladado.
El ruido es una tensión indeseada o corriente sobrepuesta en la tensión del
sistema de energía eléctrica o forma de onda de la corriente. El ruido puede
ser generado por dispositivos electrónicos, circuitos de control, soldadores por
arco, fuentes de alimentación para conexiones, transmisores radiales, etc.
Los sitios con conexiones de puesta a tierra deficientes, hacen que el sistema
sea más susceptible al ruido. El ruido puede causar problemas técnicos a los
equipos tales come errores de datos, falla de componentes de largo plazo, falla
de discos duros fallas de video etc.

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Ruido:
Existen muchos enfoques diferentes para controlar el ruido, siendo algunas
veces necesario el utilizar varias técnicas diferentes en forma conjunta para
lograr el resultado requerido. Algunos métodos son los siguientes:
1. Aislar la carga mediante un UPS.
2. Instalar un transformador de aislamiento blindado y con puesta a
tierra.
3. Reubicar la carga lejos de la fuente de interferencia.
4. Instalar filtros de ruido.
5. Blindar los cables.

34
6. FLUCTUACIONES DE TENSIÓN.
Dado que las fluctuaciones de tensión son fundamentalmente diferentes del
resto de las anomalías de la forma de onda, se ubican en una categoría aparte.
Una fluctuación de tensión, es una variación sistemática de la forma de onda
de tensión o una serie de cambios aleatorios de tensión, de pequeñas
dimensiones; concretamente entre 95 y 105% del valor nominal a una
frecuencia baja, en general por debajo de los 25 ciclos.
Cualquier carga que exhiba variaciones significativas de corriente puede
causar fluctuaciones de tensión.

7. VARIACIONES DE FRECUENCIA
La variación de frecuencia es muy poco común en sistemas estables de la red
eléctrica, especialmente sistemas interconectados a través de una red.
Cuando los sitios poseen generadores dedicados de reserva o una
infraestructura pobre de alimentación, la variación de la frecuencia es más
común, especialmente si el generador se encuentra muy cargado.
Para corregir este problema, se debe evaluar y luego reparar, corregir o
reemplazar todos los generadores alimentación y otras fuentes de
alimentación que provoquen la variación de frecuencia.

Desbalance en la tensión.
Una tensión desbalanceada no es un tipo de distorsión de forma de onda. Sin
embargo, dado que resulta esencial estar al tanto de los desbalances de
tensión cuando se evalúan problemas de calidad del suministro el tema
amerita un tratamiento en este informe.
En palabras simples una tensión desbalanceada, se da cuando las tensiones
suministradas a las fases no son exactamente iguales. La causa por lo general
se encuentra en la cantidad de carga conectada a cada fase, siendo común que
muchas cargas monofásicas estén conectadas a una misma fase y las otras dos
contengan menos cargas conectadas.
Una forma rápida de valuar el estado del desbalance en tensión, consiste en
tomar la diferencia entre el voltaje más alto y el más bajo en las tres fases;
este número no debe exceder el 4% de la tensión más baja

Corregir los desbalances de tensión implica reconfigurar las cargas, o hacer
cambios en la red eléctrica a las tensiones entrantes (si el desequilibrio no es
causado por cargas internas)

Modo común
Modo normal
Voltaje
transitorio
Condición de la calidad
de la energía
Filtro EMI/RR
Transformador
de aislamiento
Supresores
de voltajes
transitorios
(TVSS)
UPS
Planta de
emergencia
con
generador
Tecnología recomendada para la correción de la calidad de energía
Regulador de
voltaje
electrónico
Regulador de
voltaje
ferroresonante
Motor
Generador
Planta de
emergencia
con inversor
Modo común
Modo normal
Ruido
Onda dentada
Bajo Voltaje
Alto voltaje
Interrupción Momentanea
Interrupción prolongada
Variación de frecuencia
Distorsión de voltaje
Caída
Subida
Es razonable esperar que la condición indicada será corregida por la tecnología recomendada
Hay una variación significativa en la calidad de la energía. La condición indicada podría ser o no completamente corregida
por la tecnología recomendada

Conclusiones :
El uso generalizado de los sistemas electrónicos ha elevado la conciencia de la
calidad del suministro eléctrico y su efecto sobre los equipos eléctricos de
misión crítica que utilizan los negocios. Cada vez más, nuestro mundo es
operado por microprocesadores, los cuales controlan todo tipo de procesos y
todo tipo de equipo automatizado, mismo que debe ser protegido contra
fluctuaciones y fallas en el suministro de energía eléctrica.
Las instalaciones catalogadas como de misión crítica deben operar en base a
un suministro que prácticamente debe tener 0 fallas.
En la medida que comprendamos y conozcamos las causas que provocan fallas
y fluctuaciones en el suministro de energía, estaremos preparados tanto para
diseñar como para mantener sistemas que nos proporcionen disponibilidades
muy cercanas al 100%

Problema de
Calidad del
suministro
Tipo de Onda Descripción Efecto
Interrupción
Temporal
Pérdida total, planeada (por
reparación) o accidental, del
suministro utilizado en un área
localizada de una comunidad.
Segundos a minutos.
Los equipos se apagan, pérdida
de trabajo y datos, corrupción
de archivos del disco duro y
sistema operativo, pérdida
conexiones de fibra óptica, T1
e ISDN.
Interrupción
Prolongada
Pérdida total, planeada (por
reparación) o accidental, del
suministro utilizado en un área
localizada de una comunidad.
Minutos a Horas.
Los equipos se apagan, pérdida
de trabajo y datos, archivos del
HDD y SO corruptos, pérdida
conexiones de fibra óptica, T1
e ISDN
Interrupción
Momentánea
Muy corta pérdida del suministro
(planeada o accidental).
Milisegundos a segundos.
Los PC se cuelgan (pantalla
azul!) o se resetean, así como
también equipos de red.
Pérdida de datos y trabajo,
corrupción de archivos del
HDD.

Problema de
Calidad del
suministro
Baja de
Tensión (Sag)
Disminución en tensión de entrada.
“Pandeos”: Milisegundos a unos
pocos segundos
Bajo voltaje: Más largo que unos
segundos
Se encogen las pantallas, el
equipo se cuelga o reinicia,
daño de fuentes de poder de
los equipos, los equipos de red
se cuelgan o se resetean.
Pérdida de datos y trabajo,
corrupción de archivos del HDD
y SO.
Sobretensión
(Swell)
Un incremento en el voltaje.
Elevaciones: Milisegundos a unos
segundos
Sobretensión: Más largo que unos
segundos
Equipos se dañan
permanentemente, equipos se
cuelgan o reinician. Pérdida de
datos y trabajo, corrupción de
archivos del HDD y SO.
Transitorio,
Impulso o
Pulso (Spike)
Un cambio repentino de voltaje
hasta varios cientos a miles de volts
Microsegundos
Errores de red, los equipos se
dañan o se queman sus
circuitos, equipos se dañan
permanentemente,
computadores se cuelgan o
reinician. Pérdida de datos y
trabajo, corrupción de archivos
del HDD y SO

Problema de
Calidad del
suministro
Muesca
(Notch)
Una perturbación de polaridad
opuesta a la forma de onda.
Microsegundos
Transmisión en LAN (Local Area
Network) lenta debido a errores
excesivos, ruido audible en el
teléfono y equipos de audio.
Ruido (Noise)
Una señal eléctrica no deseada de
alta frecuencia de otro equipo.
Esporádico
Transmisión en LAN (Local Area
Network) lenta debido a errores
excesivos, ruido audible en el
teléfono y sistemas de audio.
Computadores se cuelgan.
Distorsión
Armónica
(Harmonic
Distortion)
Una alteración de la forma de onda
pura (sinewave distortion), debido a
cargas no lineales, como
computadores con fuentes de poder
conmutadas (switching) balastros
electrónicos etc.
Provoca recalentamiento de
alambres en motores y
transformadores, baja la
eficiencia operativa de equipos
de oficin

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