Calidad de servicio

DI                                                                Calidad  de servicio. [pic 1]

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CAPITULO

 10

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Calidad de  

Servicio.

1. Introducción.

        El aumento de las cargas en los sistemas de distribución industrial es debido al constante crecimiento de la producción, trae como consecuencia nuevas exigencias en la operación de los sistemas eléctricos. Muchas veces, las bruscas variaciones en el consumo de potencia eléctrica originan un deterioro en la calidad del suministro de la energía, que se refleja principalmente por una disminución del voltaje y del factor de potencia y una alteración en su forma de onda; que en la mayoría de los casos, hace que disminuya la eficiencia de los sistema de distribución. Generalmente, como una herramienta de trabajo, se usa el análisis de flujos de potencia en donde se estudia en forma minuciosa el funcionamiento del sistema en régimen permanente. En forma paralela se puede ver también, el efecto de compensación de reactivos en el sistema de distribución industrial, mediante la conexión de bancos de condensadores. Además, de estos inconvenientes que alteran la calidad del servicio, se puede presentar el inconveniente de una disminución del voltaje debido a la partida de motores de gran potencia o procesos de producción de partida simultáneas.

        Como consecuencia del aumento del consumo y variaciones bruscas en la impedancia de la carga se pueden producir variaciones oscilatorias en las tensiones, fenómeno que se conoce como flicker. Y si las cargas son no lineales, introducen contaminación armónica al sistema,  lo que deteriora aún más la calidad del suministro eléctrico.

1. Variación de voltaje.

        Las variaciones de voltaje son producidas esencialmente por cargas mayores o cargas no lineales. Debido al aumento de ellas, pueden producir en las redes de suministro influencias perjudiciales para otras instalaciones y equipos que dependen de la misma red. Los efectos más importantes son:

• Regulación de voltaje.
• Asimetría de voltajes.
• Sobretensiones.

1. Regulación de voltaje.

        En la figura N° 10.1 se muestra esquemáticamente un sistema de distribución, constituido por una línea o cable de alimentación conectado a otras subestaciones. En esta figura Vg representa la tensión aguas arriba de la carga ( tensión del generador ) y V es el voltaje en terminales de la carga.

Figura N° 10.1 Circuito equivalente del sistema.

Donde:

        Vg         es la tensión en generador.

         V          es la tensión en bornes de la carga.

         I            es la corriente del sistema.

         R          resistencia equivalente del sistema, por fase.

         X         reactancia equivalente del sistema, por fase.

        En la figura N° 10.2 se muestra la representación fasorial de las caídas de tensión en la línea y carga del sistema mostrado en la figura N° 10.1.

Figura N° 10.2 Representación fasorial de las caídas de tensión.

Donde:

           ΔV        es la diferencia de tensión entre el extremo de generación y la tensión en la         carga.

             ϕ        es el ángulo de desfase entre la tensión y la corriente ( factor de potencia de la         carga ).

             θ        es el ángulo de desplazamiento.

             δ        es el desfase entre el voltaje de generación y carga.

        En la figura N° 10.2 se puede observar que la caída de tensión se puede reducir directamente, regulando el flujo de corrientes activas por la línea o regulando el flujo de corrientes reactivas. Sin embargo, en un proceso industrial es muy difícil influir sobre la corriente activa ya que esta depende directamente de la potencia activa solicitada por la carga. Sin embargo queda la posibilidad de reducir el flujo de corrientes reactivas por la línea. Por lo tanto, se puede decir, que mediante un adecuado control de potencia reactiva se puede mejorar la regulación de tensión en los sistemas eléctricos de potencia. La regulación de tensión de la línea está dada mediante la ecuación ( 10.1 ).

                                                   ( 10.1 )[pic 5]

        Al mejorar la regulación de tensión se producen otros beneficios adicionales, como la reducción de pérdidas por efecto Joule en los tramos de la línea que van desde generadores a los puntos de distribución a los consumos y aumento de la capacidad de carga en las subestaciones de distribución. En efecto, las pérdidas producidas en las líneas provienen tanto de las corrientes activas como las reactivas que circulan por las mismas y representan una energía perdida, que el consumidor paga.

1. Asimetría de voltajes.

        Son producidas por cargas distribuidas en forma irregular o por fallas monofásicas en sistemas eléctrico trifásicos. En baja tensión pueden producir desbalances de tensiones las siguientes cargas:

• Hornos de inducción.
• Hornos de fundición de resistencia.
• Instalaciones térmicas conductivas de calefacción.
• Hornos de resistencia para fabricación de electrodos.
• Soldadoras de resistencia.

        El grado de asimetría o desbalance de un sistema se determina a través de la expresión   ( 10.2 ).

                            ( 10.2 )[pic 6]

Esto se puede expresar a también a través de la expresión ( 10.3 ).

                                                        ( 10.3 )[pic 7]

        En función de las componentes de secuencia, el grado de desbalance de tensión queda dado por la expresión (10.4 ).

                                             ( 10.4 )[pic 8]

        Los motores son muy sensibles a la operación con tensiones desbalanceadas. Al energizar un motor con tensiones desbalanceadas se inducen corrientes de secuencia negativa en la máquina que aumentan las pérdidas en el rotor en forma significativa.

        Cabe destacar que el desbalance de la amplitud de las respectivas tensiones de línea necesariamente provoca un desbalance en los ángulos de desfase y ello puede afectar la operación de equipos estáticos de potencia.

        Las medidas protectoras son:

• Repartición equitativa de cargas.
• Equipos de compensación ( condensadores y bobinas de bloqueo ), regulables en caso de variaciones de carga.
• Separación.
• Conexión en puntos de mayor potencia de cortocircuito.

1. Normas de regulación de voltaje.

        Las características del sistema eléctrico, como son las variaciones regulares de carga y sus continuos ajustes generan variaciones de voltaje, cuyas duraciones que pueden ser consideradas estacionarias.

        En general  los sistemas eléctricos no son sensibles a estos problemas, siempre y cuando se presenten dentro de rangos razonables. El estándar ANSI C84.1-1989 especifica los niveles de tolerancia permisibles en + 6% y - 13%, del valor nominal, para sistemas eléctricos de 120 / 240 (V). Los sistemas de protección y acondicionamiento de línea se han de especificar para estos niveles.

        La figura N° 10.3 presenta los mayores requerimientos de esta norma. Se consideran   dos rangos de valores permisibles para los voltajes. El rango A para condiciones de operación normales, mientras que el rango B se presenta para condiciones inusuales o de corta duración. El voltaje de servicio es el voltaje a la entrada del sistema de distribución, mientras que el voltaje de utilización es el voltaje que observa el equipo o carga ( voltaje de servicio menos las caídas resistivas a través del sistema de transmisión interno ).

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