Calidad de la energía

@cmdearcos
Grupo TIECs

Dentro del tema de calidad de la energía (UNE 50160) me voy a centrar en este primer artículo en los armónicos, haciendo una brevísima introducción al tema.

¿Qué es un armónico?. Después de probar muchas definiciones no encuentro una descripción sencilla de entender por alguien que no tenga formación técnica. Por ello me voy a tomar ciertas libertades técnicas para intentar ser más claro: Todos sabemos que la tensión eléctrica que nos llega a casa tiene una frecuencia de 50 hz, lo que significa que la tensión pasa de 230 V a -230V y viceversa 50 veces por segundo (sí, a esto me refería con tomarme ciertas libertades porque la tensión máxima de la tensión eléctrica es de 325 V). Un armónico es la tensión que mediríamos en frecuencias múltiplo de 50 hz: 100 hz (2º armónico), 150 hz (3º armónico), …, 250 hz (5º armónico), etc.

¿Quién crea los armónicos?. Los equipos que generan armónicos son aquellos que tienen cargas no lineales (diodos y transistores, básicamente). Como ejemplos de sistemas podemos citar los siguientes:

Cargas monofásica:

  • Fuentes conmutada de alimentación.
  • Estabilizadores electrónicos de dispositivos de iluminación fluorescente.
  • Pequeñas unidades de sistemas de alimentación ininterrumpida.

Cargas trifásicas:

  • Motores de velocidad variable.
  • Grandes unidades de UPS.

Hay equipos que generan distorsión en tensión y otros en intensisdad, aunque la mayoría de los equipos lo hace en mayor o menor medida en ambas.

Aquí os dejo los armónicos que genera la fuente conmutada de un PC.

A continuación os muestro un gráfico donde se ve una señal descompuesta en su frecuencia fundamental (50 hz), el 3º armónico (150 hz) y el 5º armónico (250 hz).

 

La señal distorsionada cuya descomposición hemos visto anteriormente es esta:

 

Esta señal tiene poco que ver con lo que todos entendemos como una señal correcta (que es la fundamental). Señales distorsionadas provocan una serie de problemas. Aquí os listo algunos de ellos:

  • Sobrecarga en los conductores de neutro.
  • Sobrecarga de los transformadores.
  • Disparos de los interruptores automáticos.
  • Sobrecarga de los condensadores de corrección del factor de potencia.
  • Ruido de paso por cero.
  • Reducción de la vida útil de los equipos y sistemas.

A modo de ejemplo me voy centrar en el primero de los problemas: sobrecarga en los conductores de neutro.

La corriente que pasa por un conductor de neutro cuando las cargas del trifásico están compensadas es 0 (cosas de la física!!!).

trifasico equilibrado

 

Cuando el trifásico no está equilibrado la corriente que pasa por el conductor de neutro no es cero, pero el valor de dicha corriente es menor que las corrientes de las fases.

Trifasico no equilibrado

 

Cuando la carga trifásica no es lineal la corriente que circula por el neutro no es cero e incluso puede ser mayor que la corriente que circula por las fases.En estos casos el diámetro de los conductores del neutro debe ser mayor que el de las fases para evitar sobre calentamientos (perdidas de energía por efecto Joule) o incluso en casos extremos evitar que salgan ardiendo los cables.

neutro carga no lineal

 

En una instalación tradicional el neutro suele tener un diámetro menor que las fases. La instalación de elementos que generen armónicos puede ocasionar el cambio del conductor de neutro por otro de mas sección.

Quiero mostraros una fotografía donde se mide la corriente que pasa por un cable con dos equipos similares de la misma marca. El que marca 40,5 mide la corriente a 50 hz. El que marca 59,2 mide toda la corriente que pasa por el cable hasta los 2 khz (40º armónico).

RMS vs TRMS

 

Después de ver por encima los problemas que pueden causar los armónicos hay que decir que los armónicos se pueden eliminar (no totalmente pero casi). Las soluciones de eliminación de armónicos en general son caras y solo se plantean en aquellas instalaciones con un gran consumo energético y con sistemas muy caros.

Centros comerciales e industrias son las instalaciones donde he realizado proyectos de filtrados de armónicos. En los últimos años se ha empezado a popularizar soluciones económicas de filtrado pasivo para oficinas cuyo objetivo es la eliminación de los armónicos generados por las fuentes conmutadas de los ordenadores.

Un análisis de armónicos y, de forma genérica, de la calidad de la señal de red es muy importante al realizar una auditoría energética. Cuando me piden que justifique el precio de las auditorías que realizo frente a la de otros compañeros este es uno de los puntos donde nos diferenciamos. La auditoría energética no solo se tiene que centrar en el ahorro económico (un aspecto fundamental) sino en el cumplimiento de la legislación vigente, en este caso de la norma UNE 50160.

Espero que al menos os haya quedado la idea de que las cargas no líneas generan armónicos y que estos son problemáticos, siendo muy importante eliminarlos o al menos minimizarlos.

Os dejo un par de ficheros por si queréis ampliar información.

@cmdearcos
Grupo TIECs

4 pensamientos en “Calidad de la energía

  1. Luis Fernando Real Martín

    He trabajado diseñando equipos de transmisión de datos tratando de evitar la emisiones de ruido (EMI-EMC), peleándome con este fenómeno tan … “malévolo” como “escurridizo”.
    Las explicaciones sobre los fenómenos relacionados con el ruido me parecen dignos de atención. El artículo es interesante y espero la publicación de otros similares

    Luis Fernando Real

    Responder
  2. Carlos Martín de Arcos

    Muchas gracias por tus comentarios, Luis Fernando.

    Seguiré con estas líneas de artículos. Aunque tengo un problema que aun no he resuelto: hago artículos sobre este tema para el “publico en general” o los hago para gente experta.

    Sea como sea, si necesitas ayuda para estos temas, puedes contar conmigo. Llevo 2 años trabajando con un equipo exporto en este tema y realizando soluciones de filtros activos para entornos industriales con mucha contaminación. Puedes ponerte en contacto conmigo a través del correo cmdearcos@aice-energia.es

    Un saludo.

    Responder
  3. FERNANDO

    La tension maxima es 240 no 235.
    Lo digo por que en una residencia de estudiantes dodne trabaja un amigo el transfornador que tiene entrega 239 y tubieron problemas de sobre tension con denuncias y peritos y se dio por valido esa tension ya que entra dentro de la normativa.

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  4. Carlos Martín de Arcos

    Buenas tardes, Fernando.

    Supongo que te refieres a 230V y no a 235V.

    Hablo de 230V porque es lo que define el REBT. Al igual que conozco casos donde el voltaje es de 240V, también conozco sitios donde la tensión casi no llega a 220V.

    La mayoría de los equipos tiene un rango de tensión que les permite funcionar correctamente con tensiones como los 240V y los 220V.

    De forma sencilla te comentaré que respecto a lo que pasaba en la residencia el articulo 102 del RD 1955/2000 habla de que se tiene que cumplir la norma UNE 50160.La señal eléctrica puede fluctuar menos de un 10% sobre la nominal los que implica que los equipos deben funcionar entre 230 – 23 = 207 V y 230 + 23 =253 V. 207 o menos es una caída de tensión y 253 o mas una sobretensión. 239 esta en el rango dentro de norma.

    Un saludo.

    Responder

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