Introduccion a la calidad de la energía y al uso eficiente de la energía eléctrica

1. U1: INTRODUCCIÓN A LA CALIDAD Y
AL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS.

2. OBJETIVO
• Establecer el concepto de calidad de energía
eléctrica y del uso eficiente de la energía eléctrica
para ser aplicado a la gran diversidad de usuarios
que están conectados a las redes eléctricas del
sistema eléctrico nacional y a redes eléctricas
aisladas, con la finalidad de analizar la diversidad
de problemas eléctricos que afectan a los
diferentes tipos de equipos de todos los sectores
eléctricos.

3. ¿CALIDAD?
• ¿Cómo definimos la calidad?

4. ¿CALIDAD DE LA ENERGÍA (C.E.)?
• Existen varias definiciones de la calidad de la energía
eléctrica
• Dependerá del punto de vista a considerar
• Desde el suministrador eléctrico
• Desde la compatibilidad electromagnética
• Desde la forma de onda de las señales de V e I

5. DESDE EL SUMINISTRADOR ELÉCTRICO
• Calidad de suministro eléctrico:

6. DESDE LA COMPATIBILIDAD
ELECTROMAGNÉTICA
• La interferencia entre equipos afectando al más
susceptible:

7. DESDE LA FORMA DE ONDA DE LAS
SEÑALES ELÉCTRICAS

8. PERCEPCIÓN DE QUIÉN GENERA
PROBLEMAS A LA C.E.
Natural
60%
Suminist
rador
17%
Cliente
12%
Vecino
8%
Otros
3%
Cliente
Natural
66%
Suministr
ador
1%
Cliente
25%
Vecino
8%
Otros
0%
Suministrador

9. PARÁMETROS DEL SUMINISTRADOR
ELÉCTRICO PARA MEDIR C.E.
• Índices de interrupciones del suministro eléctrico
siendo instantáneas, momentánea y sostenidas
• SAIFI, SAIDI, CAIDI, CTAIDI, CAIFI, ASAI, CEMIn, ASIFI, ASIDI,
MAIFI, MAIFIe, CEMSMIn
• Std 1366-2003 IEEE guide for electric power distribution
reliabilty indices
• Interrupciones por tiempos
• Impacto del circuito interrumpido por número de clientes
• Número de interrupciones por temporadas
• Regulación de tensión
• Elevación y abatimiento sostenido de la tensión
• Desbalances de tensión
• Desviación de la frecuencia fundamental

10. ÁREAS QUE INTERESA LA C.E.
Calidad
de la
energía
Usuario
industrial
Usuario
residencial
Comités
estandarización
Consultores de
C.E.
Suministrador
eléctrico
Fabricantes de
equipos

11. … UN ( )
• Hasta este momento se ha presentado un
panorama general referente a los diferentes
aspectos de la calidad de la energía…
• El especialista consultor en calidad de la energía (para
aplicaciones industriales, residenciales, etc.) revisa todas las
definiciones expuestas, exceptuando los parámetros de
calidad de energía que le interesan al suministrador
eléctrico.
• Por parte del suministrador, la evaluación de la calidad de
energía se basa principalmente en la calidad del suministro
eléctrico y la confiabilidad que otorga.

12. CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LAS
ZONAS INDUSTRIALES
• Las zonas industriales se caracterizan por la alta
demanda de potencia y la variedad de cargas
que allí se encuentran.
Cargas por sensibilidad a mala calidad de energía
Alta sensibilidad Media sensibilidad Baja sensibilidad
Computadoras
Equipos de laboratorio
Procesadores de señales
Procesadores de datos
Equipo médico
Comunicaciones
Tarjetas electrónicas
Variadores de velocidad
Controlador lógico PLC’s
Relés estado sólido
Relés electromecánicos
Balastros electrónicos
Fuentes de poder para
equipo electrónico
Cargas Capacitivas
Motores eléctricos
Transformadores
Cargas resistivas
Cargas inductivas

13. CARGAS INDUSTRIALES

14. CARGAS LINEALES Y NO LINEALES
• Tensión o
• Corriente 

15. GENERACIÓN DE DISTURBIOS DE
CALIDAD DE ENERGÍA POR TIPO DE
CARGA
Cargas lineales
Máquinas eléctricas: Capacitores:
Funcionando
en saturación
Arranque de
grandes
motores
Desconexión
súbita de
motor
plenamente
cargado
Conexión de banco
de capacitores
Variación de
la potencia
mecánica
del motor
Maniobras en
interruptores

16. GENERACIÓN DE DISTURBIOS DE
CALIDAD DE ENERGÍA POR TIPO DE
CARGA
Cargas NO-lineales
Equipos electrónicos:
Por naturaleza, los equipos
que integran dispositivos de
electrónica de potencia,
consumen corrientes no
senoidales y ello da origen
a la distorsión de la forma de
onda.
Los dispositivos electrónicos
llegan a presentar ligeros
corto-circuito entre fases
en el orden de los m-seg, por
ello se aprecian los huecos
en la onda senoidal.
El problema esta en el circuito
de disparo de los dispositivos
Electrónicos controlados.

17. ¿PROBLEMÁTICA EN LAS ZONAS
INDUSTRIALES POR MALA CALIDAD DE
LA ENERGÍA ELÉCTRICA?
La combinación de todo tipo de cargas con la generación
de disturbios de C.E..
¿Consecuencias?
Graves para
aquellos equipos de
alta sensibilidad
Daño permanente,
operación incorrecta,
quema de tarjetas
Problemas
operativos (pueden
ser graves) para
equipos de media
sensibilidad
Variadores de velocidad sin
control adecuado, fuentes
de poder proporcionando
voltajes incorrectos, bancos
de capacitores dañados,
apertura de relés
Problemas a largo
plazo (graves) para
equipos de baja
sensibilidad
Vibraciones mecánicas en
motores y transformador,
sobrecalentamiento de
conductores, pérdidas
elevadas, depreciación de
potencia manejable

18. ¿PROBLEMÁTICA EN LAS ZONAS
INDUSTRIALES POR MALA CALIDAD DE
LA ENERGÍA ELÉCTRICA?

19. PROBLEMÁTICA DE C.E. DENTRO DE LA
MISMA INDUSTRIA
• Se encuentra equipo de alta sensibilidad con
equipo que provoca grandes disturbios en la
C.E.
• Es práctica común usar un mismo alimentador
para alimentar carga problemática con
equipo sensible.
• Así se abaten costos
Dentro de
una misma
línea de
producción
• Combinación de equipos de alta, media y baja
sensibilidad, aún cuando sean alimentadores
diferentes, el problema de C.E. se da por
conducción
• Equipos como variadores de velocidad que
emplean alta frecuencia de conmutación,
puede generar interferencia electromagnética y
provocar la falla de operación en equipos
similares o de mayor sensibilidad.
Entre las
diferentes
líneas de
producción

20. • Operación errática de equipos y equipos de cómputo que
se reinician
• Sobrecalentamiento en transformadores, interruptores,
motores, conductores, etc.
• Reducción de vida útil de equipos
• Sobrecarga de conductores de neutro y corriente por
conductores de tierra.
• Operación no deseada de protecciones.
• Parpadeo en sistemas de iluminación.
• Fallas en UPS al hacer transferencias.
• Ruido audible en interruptores
CONSECUENCIAS DE UNA MALA CALIDAD
DE ENERGÍA

21. RESPONSABILIDAD DE LA MALA
CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
¿Quién será el o
los responsables?
•En cierta
medida… todos
•Suministrador y
usuarios
¿Quiénes
se ven
afectados
por esto?
• En cierta medida… todos
•Algunos son más afectados que
otros
•Suministrador: equipos depreciados
en potencia, pérdidas de energía
sin poder cobrarla a quien le
corresponde, degradación de vida
útil de equipo primario, etc
•Usuarios: equipos dañados, paro de
producción, degradación de vida
útil de equipos, etc.
¿Cuál sería
alguna
solución?
•¿?

22. COSTO POR LA MALA CALIDAD DE LA
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Paro de producción por tiempo  $$$
• Daño de equipo y sustitución  $$$
• ¿Cobro por mala calidad de la energía
eléctrica?
• No esta en la legislación, pero se prevé que en
corto tiempo pueda ser legislado y aprobado
¿Cuál es el costo
POR NO contar
con una buena
calidad de la
energía
eléctrica?
• $$$  Gasto de inversión
• Equipos de protección y mitigación de
disturbios
• Robustez de la red eléctrica
• ¿Cambio de nivel de tensión?
¿Cuál es el costo
PARA contar con
una buena
calidad de la
energía
eléctrica?

23. COSTO DE LA SOLUCIÓN DE ACUERDO
A DÓNDE SE QUIERA IMPLEMENTAR

24. ¿CÓMO IMPLEMENTAR SOLUCIONES?
• Es necesario realizar los diagnósticos por nivel:
• 1er nivel:
• Inspección visual y conocer el tipo de cargas que están instaladas en la
industria, así como conocer la distribución de cargas por circuito de
alimentación.
• Este primer diagnóstico puede resolver problemas sencillos que no implica gasto
de inversión considerable.
• 2do nivel
• Al detectar un problema, se procede a analizar a detalle el
funcionamiento de la planta para detectar potenciales problemas por el
accionamiento de las diferentes cargas en el tiempo.
• 3er nivel
• Ya detectado el problema y con la incertidumbre de qué lo provoca, se
procede al monitoreo de las variables eléctricas en uno o diversos puntos
de la planta.
• Debe ser un especialista con conocimientos suficientes para llevar a cabo las
posibles soluciones
• El costo de inversión puede ser considerable

25. PARA LA REFLEXIÓN…
• ¿Será conveniente atacar el problema de la mala
calidad de la energía eléctrica desde cada
particular?
• Actualmente no hay un marco regulatorio en México (NOM)
que penalice malos índices de calidad de la energía.
• La importancia que muchas industrias dan al concepto de
mejora en calidad de la energía es nula:
• Generalmente por los costos de inversión
• Asimismo existen “consultores” que estafan al empresario y no
dejan el camino llano para abordar esta creciente problemática
• Finalmente el concepto de pérdidas energéticas y
degradación de equipos, no se le liga directamente con la
mala calidad de la energía.
• Es algo real que impacta en algún grado a la industria

26. SIEMPRE DEBEMOS CUESTIONARNOS…
• ¿Cuál sería una definición de calidad de energía
eléctrica?
• R.-
• ¿Será aplicable el mismo criterio de calidad de
energía a una carga de motores eléctricos que a un
laboratorio de instrumentación?
• ¿Por qué se puede decir que se ha incrementado el
interés por obtener una buena calidad de la energía
eléctrica?

27. DEFINICIÓN DE C.E.
• La definición de la calidad de la energía es muy
amplia, pero básicamente es la siguiente:
• Continuidad en el servicio eléctrico
• No interrupciones
• Calidad en la señal senoidal
• Forma de onda pura
• No distorsiones armónicas, ni ruido eléctrico
• Amplitud constante (% aceptable)
• Sin elevaciones de voltaje considerable (SWELL, DIP)
• Sin dismuniciones de voltaje considerable (SAG)
• No fluctuaciones
• Simetría en señales trifásicas
• Frecuencia constante (% aceptable)
• Sin Transitorios

28. EFICIENCIA ENERGÉTICA
USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

29. PUNTOS DE VISTA
1. Efectos de la eficiencia energética en la calidad
de la energía eléctrica
• Convertidores que permiten el uso eficiente de la energía
eléctrica, distorsionan las corrientes y tensiones de la red.
Computadora y Monitor

30. PUNTOS DE VISTA
2. Efectos de la mala calidad de la energía eléctrica
en la eficiencia energética
• Una mala calidad de la energía eléctrica en cualquier
equipo eléctrico puede degradar el uso de la energía
eléctrica
• Motor eléctrico alimentado con tensión desbalanceada,
distorsionada, interrumpida, etc.

31. PUNTOS DE VISTA
• 3. Equipo eléctrico típico que presenta degradación
u operación incorrecta
• Las máquinas eléctricas rotativas que presentan baleros
dañados, conductores sobrecalentados que tienen alta
resistencia, bajo factor de potencia por los procesos de
rebobinado, vibraciones mecánicas por rotor excentrico, etc.
• Equipo de refrigeración que presenta aislamientos
degradados en su conducción y cuarto frío.
• Equipo eléctrico sobrecargado o con falso contacto