Glosario de problemas de calidad de energía

Existen numerosos tipos de problemas de calidad de energía y problemas de energía, cada uno de los cuales puede tener causas diversas y diversas. Para complicar aún más el asunto, es muy común que diferentes problemas de calidad de energía puedan ocurrir simultáneamente, de manera intercambiable o aleatoria. El siguiente es un breve resumen de los problemas típicos de energía.

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Apagón

Cuando la tensión cae por debajo del 10% de su valor nominal se denomina interrupción o apagón. Las interrupciones tienen tres clasificaciones: momentáneas (que duran de 30 ciclos a 3 segundos), temporales (que duran de 3 segundos a 1 minuto) y sostenidas (que duran más de 1 minuto).

Aunque las interrupciones son la forma más grave de problema de energía, también son las menos probables de ocurrir. Las caídas de voltaje a menudo se confunden con una interrupción porque el equipo se apaga o la iluminación se apaga debido a que el voltaje cayó por debajo del punto en el que estos dispositivos pueden operar.

Mientras que las caídas y la baja tensión suelen representar más del 92 % de los eventos de problemas de energía, las interrupciones representan menos del 4 % de dichos problemas.

Bajas de voltaje (baja tensión)

La subtensión es una disminución de la tensión por debajo del 90% de su valor nominal durante más de un minuto. La subtensión a veces se denomina "caída de tensión", aunque este término no está definido oficialmente. Brownout se usa a menudo cuando la empresa de servicios públicos reduce intencionalmente el voltaje del sistema para adaptarse a la alta demanda u otros problemas.

Los síntomas de bajo voltaje pueden variar desde ninguno hasta el mal funcionamiento diario del equipo o la falla prematura del equipo. El bajo voltaje puede pasar desapercibido hasta que se instale un equipo nuevo o se cambie el sistema eléctrico y la nueva carga combinada deprima (ver Caídas) el voltaje hasta el punto en que los síntomas se vuelven evidentes. Además del mal funcionamiento obvio del equipo, la baja tensión crónica puede causar un desgaste excesivo en ciertos dispositivos como los motores, ya que tenderán a calentarse demasiado si el voltaje es bajo.

La subtensión es generalmente un problema crónico agravado por una serie de factores que escapan al control del usuario final. Las empresas eléctricas intentan mantener los niveles de voltaje entregados a los clientes en ±5%. Sin embargo, factores como el clima, la alta demanda y otros pueden causar que el voltaje de la red caiga dentro de un rango de ±10%. Incluso en condiciones ideales, la mayoría de los clientes verán una caída en los niveles de voltaje de la red pública a lo largo del día, ya que la demanda comienza a aumentar alrededor de las 8 a. m. y alcanza su punto máximo alrededor de las 3 o 4 p. m.

Las características del sistema de distribución también pueden contribuir a situaciones crónicas de bajo voltaje. Por ejemplo, los clientes al final de una línea larga pueden estar sujetos a una caída de voltaje permanente debido a pérdidas en la línea además de las variaciones de voltaje de la red pública.

Ruido de línea eléctrica

El ruido de la línea eléctrica se define como interferencia de radiofrecuencia (RFI) e interferencia electromagnética (EMI) y provoca efectos no deseados en los circuitos de los sistemas informáticos. Las fuentes de los problemas incluyen motores, relés, dispositivos de control de motores, transmisiones de radiodifusión, radiación de microondas y tormentas eléctricas distantes. RFI, EMI y otros problemas de frecuencia pueden hacer que el equipo se bloquee y se produzcan errores o pérdidas de datos.

Variación de frecuencia

Una variación de frecuencia implica un cambio en la frecuencia de la frecuencia de servicio normalmente estable de 50 o 60 Hz, según su ubicación geográfica.

Esto puede deberse a un funcionamiento errático de los generadores de emergencia o fuentes de alimentación CVCF y VVVF de frecuencia inestable. Para equipos sensibles, los resultados pueden ser la pérdida de datos, la falla del programa, el bloqueo del equipo o el apagado total.

Frecuencia

La red eléctrica china opera a 50 Hertz o 50 ciclos por segundo. Debido a, literalmente, la "masa" del sistema eléctrico de EE. UU., es muy poco probable que se produzcan problemas de frecuencia. Prácticamente todos los dispositivos eléctricos son capaces de funcionar correctamente con variaciones de frecuencia mucho mayores que las que se pueden ver en China.

El concepto de frecuencia muy estable no se aplica a los sistemas cerrados donde la electricidad se genera en el sitio. Incluso los grandes grupos electrógenos diésel pueden tener problemas de frecuencia.

Distorsiones armónicas

Se trata de un nuevo tipo de avería en las líneas eléctricas que cada vez son más habituales. Son causados por el uso cada vez mayor de equipos eléctricos con absorción no lineal como: rectificadores, convertidores, variadores, fuentes de alimentación conmutadas. Esta falla puede causar fuertes sobrecargas en líneas y transformadores, explosión de capacitores de corrección del factor de potencia, indicaciones incorrectas en los equipos de medición y, en general, mal funcionamiento de cualquier tipo de equipo eléctrico.

Armónico

Los armónicos son una distorsión recurrente de la forma de onda que pueden causar varios dispositivos, incluidos variadores de frecuencia, fuentes de alimentación no lineales y balastos electrónicos. Ciertos tipos de acondicionadores de energía como los transformadores ferroresonantes o de voltaje constante (CVT) pueden agregar una distorsión armónica significativa a la forma de onda.

La distorsión de la forma de onda también puede ser un problema con las fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) y otros acondicionadores de energía basados en inversores. El UPS en realidad no agrega distorsión, pero debido a que el UPS sintetiza digitalmente una forma de onda, esa forma de onda puede ser cuadrada o irregular en lugar de una onda sinusoidal uniforme.

Los síntomas de distorsión armónica incluyen sobrecalentamiento y problemas operativos del equipo.

Perturbaciones de alta frecuencia

Son muy comunes y fácilmente detectables por cualquiera que vea la televisión. Estos son los causantes del efecto "tormenta de nieve" y esas líneas fastidiosas que a veces aparecen en la pantalla. Son causados por las chispas generadas en los motores AC conmutadores, el "efecto corona" en las líneas de alta tensión, los encendedores de letreros luminosos y mecheros, y los campos magnéticos emitidos por las estaciones de radio y televisión. Las perturbaciones de línea, también conocidas como ruido de alta frecuencia, no suelen crear problemas en los equipos electromecánicos, pero a menudo causan daños en los equipos electrónicos.

Picos de alto voltaje

Los picos de alto voltaje ocurren cuando hay un pico de voltaje repentino de hasta 6,000 voltios. Estos picos suelen ser el resultado de la caída de rayos cercanos, pero también puede haber otras causas. Los efectos en los sistemas electrónicos vulnerables pueden incluir pérdida de datos y placas de circuitos quemadas.

Ruido

El ruido es una distorsión de alta frecuencia de la forma de onda del voltaje. Causado por perturbaciones en el sistema de servicios públicos o por equipos como soldadores, conmutadores y transmisores, el ruido puede pasar desapercibido con frecuencia.

Los niveles altos o frecuentes de ruido pueden provocar el mal funcionamiento del equipo, el sobrecalentamiento y el desgaste prematuro.

muescas

La muesca es una perturbación de polaridad opuesta a la forma de onda de voltaje normal (que se resta de la forma de onda normal) que dura menos de medio ciclo. Las muescas son causadas con frecuencia por interruptores electrónicos o acondicionadores de energía que funcionan mal.

Si bien generalmente no es un problema importante, las muescas pueden hacer que el equipo, especialmente los electrónicos, funcionen de manera incorrecta.

Caída de energía

Sag es la reducción del voltaje de CA a una frecuencia determinada por una duración de 0,5 ciclos a 1 minuto. Las fallas generalmente son causadas por fallas del sistema y, a menudo, son el resultado de encender cargas con corrientes de arranque de alta demanda.

Sobrecarga de energía

Se produce una subida de tensión cuando el voltaje es un 110% o más por encima de lo normal. La causa más común es la desconexión de equipos eléctricos pesados. En estas condiciones, los sistemas informáticos y otros equipos de alta tecnología pueden experimentar luces parpadeantes, apagado del equipo, errores o pérdida de memoria.

Soluciones de posibilidad

1. Supresores de sobrevoltaje

La supresión de sobretensiones transitorias (TVSS) brinda protección contra sobretensiones transitorias, que pueden ocurrir tan rápido que no se registran en los equipos de prueba eléctricos normales.

Los supresores de sobretensiones o protectores contra sobretensiones son la forma más básica de protección de energía. Un supresor de sobretensiones se usa a menudo para proteger equipos importantes, pero menos críticos o altamente sensibles. También se utiliza como complemento de soluciones de protección de energía más completas. Son dispositivos electrónicos pasivos que protegen contra voltajes transitorios de alto nivel.

Los transitorios son a menudo la causa de problemas de equipo "inexplicables", bloqueos de computadoras, pérdida de datos y otros "problemas" dentro de una instalación. Los supresores de picos de voltaje transitorio se pueden incorporar en reguladores de voltaje, acondicionadores de energía y UPS para mayor protección.

Dependiendo de los componentes involucrados, los supresores de sobretensiones ofrecen una protección limitada contra sobretensiones. En el caso de frecuentes picos de alto voltaje, un supresor de picos de alta calidad es una buena opción. Cuando se encienden y apagan equipos grandes como los motores de CA, se crean cambios de voltaje grandes y rápidos (transitorios de conmutación). Sin embargo, las sobretensiones de baja frecuencia (cambios lentos a 400 Hz o menos) pueden ser demasiado grandes para un supresor de sobretensiones que intente contener esa sobretensión.

2. Acondicionador de energía

¿Qué es un regulador de voltaje?

Muchas empresas requieren regulación de voltaje en lugar de energía de respaldo de batería. En aquellos casos en los que no es necesaria la energía de respaldo, un regulador de voltaje puede proporcionar una protección superior con eficiencias eléctricas mucho más altas que un UPS.

También se puede hacer referencia a un regulador de voltaje con las etiquetas "acondicionador de energía", "acondicionador de línea", "estabilizador de voltaje", etc. Independientemente del término utilizado, estos dispositivos son esencialmente iguales en el sentido de que proporcionan regulación de voltaje y uno o más funciones adicionales relacionadas con la calidad de la energía.

Un regulador de voltaje puede corregir y/o brindar protección contra problemas de energía tales como:
> Sobre/Bajo voltaje
> Fluctuaciones de voltaje
> Caídas y caídas
> Ruido de línea y oleaje
> Desequilibrio de fase
> Cortocircuitos
> Bajas de tensión y sobretensiones

Los problemas de calidad de la energía pueden ocurrir en cualquier lugar y en cualquier momento. La evidencia de estos problemas puede ser tan obvia como los componentes eléctricos que se dañan o fallan prematuramente o tan sutiles como los equipos que fallan aleatoriamente. Pero, el verdadero problema con la energía deficiente es el costo de los equipos dañados, la pérdida de productividad, los desechos, los horarios no cumplidos, etc.

Aplicaciones de reguladores de voltaje

Power Solutions ofrece reguladores de voltaje de grado industrial diseñados para una máxima confiabilidad en las aplicaciones más difíciles, que incluyen:
> Fabricación y Mecanizado
> Automatización Industrial y Minería
> Farmacéutica y Petroquímica
> Procesamiento de alimentos y difusión
> Generación y transmisión de energía
> Escuelas, Oficinas y Laboratorios
> Impresión, Pulpa y Papel
> Imagen médica y tratamiento oncológico

3.Fuentes de alimentación ininterrumpida

Hay tres tipos básicos de UPS: Standby (u Offline), Line Interactive y Double Conversion (u Online).

En espera (fuera de línea)

El UPS Standby consta de un circuito básico de conversión de energía/batería y un interruptor que detecta irregularidades en la red eléctrica. El equipo a proteger generalmente se conecta directamente a la fuente de alimentación primaria CVCF y VVVF, y la protección de energía está disponible solo cuando el voltaje de la línea cae hasta el punto de crear un corte. Algunos UPS fuera de línea incluyen circuitos de protección contra sobretensiones para aumentar el nivel de protección que ofrecen.

En el caso de subidas de tensión, un SAI de reserva transmite la subida de tensión al sistema protegido hasta que alcanza un nivel predeterminado, normalmente alrededor del 115 % de la tensión de entrada. En el valor límite de sobretensión, la unidad pasa a la batería. Aunque proporcionan una protección razonablemente buena contra picos y transitorios de conmutación. Sin embargo, no protegen contra caídas, ruido de línea, variación de frecuencia o caídas de tensión a menos que la batería esté suministrando energía al sistema protegido.

Si el SAI se ve obligado a usar la batería con frecuencia, puede agotar la batería y dejarla indisponible durante los apagones. Dado que los UPS de reserva brindan solo una protección parcial contra muchos problemas de energía comunes, se usan con mayor frecuencia para proteger a un solo usuario o equipo menos crítico o sensible.

Línea interactiva

Los UPS interactivos en línea son dispositivos híbridos que ofrecen un mayor nivel de rendimiento al agregar una mejor regulación de voltaje y funciones de filtrado al diseño del UPS de reserva.

Al igual que los modelos de reserva, los UPS interactivos en línea protegen contra picos de tensión pasando el pico de voltaje al equipo hasta que alcanza un voltaje predeterminado, momento en el cual la unidad pasa a la batería. Brindan protección moderada contra picos de alto voltaje y transitorios de conmutación, aunque, de nuevo, no con un aislamiento completo.

Con caídas de energía, el UPS interactivo en línea puede usar un transformador con toma para proporcionar los niveles de voltaje necesarios para mantener el voltaje de salida. Esencialmente, la unidad cambia a batería para ajustar la ubicación del grifo a intervalos establecidos para mantener el voltaje de salida a medida que cae el voltaje de entrada. Eventualmente pasará a la batería a tiempo completo una vez que el voltaje de entrada alcance un nivel preseleccionado. Este sistema ofrece una protección adecuada siempre que las caídas de energía no cambien continuamente, lo que puede reducir el tiempo de la batería. Si se va con frecuencia a la batería, corre el riesgo de no tener las baterías completamente cargadas para su uso durante un corte de energía.

Para el ruido de la línea eléctrica y la variación de frecuencia, el UPS interactivo en línea funciona solo cuando el inversor está funcionando y la batería es la fuente de alimentación CVCF y VVVF, lo que puede agotar la batería durante condiciones inestables prolongadas que generalmente ocurren durante la operación del generador.

El SAI ferroresonante, otra tecnología híbrida, mantiene el inversor en modo de espera similar al SAI de línea interactiva y de espera. El sistema protegido, sin embargo, recibe energía de la red pública a través del transformador ferroresonante. El transformador proporciona regulación de voltaje y acondicionamiento de energía para perturbaciones como el ruido de la línea eléctrica. El transformador ferroresonante también mantiene una reserva de energía que suele ser suficiente para alimentar brevemente a la mayoría de los equipos pequeños o PC cuando se produce un apagón total. Esto mantiene el suministro de energía del equipo dentro de la mayoría de los requisitos de entrada hasta que se enciende el inversor.

Sin embargo, los UPS ferroresonantes no son muy efectivos contra variaciones de frecuencia inestables o cambios repentinos de corriente. En general, los UPS ferroresonantes funcionan mejor con la mayoría de las tecnologías no informáticas o críticas, o con cargas lineales como motores, calentadores y luces.

Doble conversión (en línea)

Los UPS de doble conversión, a menudo llamados "en línea", brindan el más alto nivel de protección de energía y son una opción ideal para proteger las instalaciones informáticas y de equipos más importantes de su organización. Esta tecnología utiliza la combinación de un circuito de alimentación de doble conversión (CA a CC/CC a CA) y un inversor, que continuamente alimenta la carga para proporcionar energía eléctrica acondicionada y protección contra cortes. Los UPS en línea ofrecen protección y aislamiento completos contra todo tipo de problemas de energía: subidas de tensión, picos de alto voltaje, transitorios de conmutación, caídas de energía, ruido en la línea eléctrica, variaciones de frecuencia, caídas de tensión y apagones. Además, proporcionan energía de calidad digital que no es posible con los sistemas fuera de línea. Por estas razones, normalmente se utilizan para aplicaciones de misión crítica que exigen alta productividad y disponibilidad del sistema.

El UPS de doble conversión puede ser la forma más rentable de garantizar una protección integral de la energía. Los sistemas de doble conversión brindan los mismos beneficios de un UPS en espera junto con un acondicionador de línea, a un precio más bajo que comprar los dos componentes por separado. Sin embargo, los UPS de doble conversión también pueden ser la solución más costosa inicialmente, y requieren mantenimiento y monitoreo regulares de la batería. Las baterías del UPS pueden ser muy costosas y también son sensibles a la temperatura. No se pueden colocar en entornos hostiles.

Debido al costo y la sensibilidad de estas unidades, normalmente se usan solo si no hay otra alternativa aceptable al 100% de energía continua.

Sag (inmersión)

"Sag" y el "dip" británico son nombres para una disminución del voltaje entre el 10 y el 90 % del voltaje nominal durante medio ciclo a un minuto.

Las caídas representan la gran mayoría de los problemas de energía experimentados por los usuarios finales. Se pueden generar tanto interna como externamente desde una instalación de usuarios finales.

Las causas externas de las caídas provienen principalmente de la red de transmisión y distribución de servicios públicos. Las caídas que provienen de la empresa de servicios públicos tienen una variedad de causas que incluyen rayos, actividad animal y humana, y operación normal y anormal de los equipos de la empresa de servicios públicos. Las caídas generadas en el sistema de transmisión o distribución pueden viajar cientos de millas, afectando así a miles de clientes durante un solo evento.

A veces, los hundimientos causados externamente pueden ser generados por otros clientes cercanos. El arranque de grandes cargas eléctricas o la desconexión de bancos de condensadores en derivación pueden generar una caída lo suficientemente grande como para afectar un área local. Si el usuario final ya está sujeto a subtensión crónica, incluso una caída de amplitud relativamente pequeña puede tener efectos perjudiciales.

Las caídas causadas internamente en las instalaciones de un usuario final generalmente se generan por el arranque de grandes cargas eléctricas, como motores o imanes. La gran irrupción de corriente requerida para iniciar este tipo de cargas reduce el nivel de voltaje disponible para otros equipos que comparten el mismo sistema eléctrico. Al igual que con las caídas causadas externamente, las generadas internamente se verán magnificadas por el bajo voltaje crónico.

Cortocircuito

Un cortocircuito (o "corto") normalmente no se considera tanto un problema de calidad como un mal funcionamiento o una falla operativa peligrosa. Cortocircuito se refiere a una condición en la que dos líneas "vivas" están conectadas directamente (oa través de una pequeña impedancia) o una línea "viva" está conectada directamente a tierra.

Un cortocircuito hace que fluyan corrientes de falla muy altas a través del cableado y todos los dispositivos entre el punto del cortocircuito y la línea de alimentación entrante. Si no se controla, un cortocircuito puede provocar rápidamente un sobrecalentamiento catastrófico, fusión y quema de cables y dispositivos.

La apertura de un interruptor o la operación de un fusible de protección es el medio normal de protección contra daños por cortocircuitos. Es imperativo que los disyuntores y fusibles de protección sean del tamaño y características adecuados para evitar los peligros de cortocircuitos.

Hinchazón (sobre voltaje)

Un swell es lo opuesto a un sag: un aumento en el voltaje por encima del 110% del valor nominal durante medio ciclo a un minuto.

Aunque las dilataciones ocurren con poca frecuencia en comparación con las caídas, pueden provocar un mal funcionamiento del equipo y un desgaste prematuro.

Las sobretensiones pueden ser causadas por el apagado de las cargas o por la activación de los bancos de capacitores.

Transitorios (Surge)

Los transitorios son eventos de muy corta duración (subciclo) de amplitud variable. A menudo denominados "sobretensiones", los transitorios probablemente se visualicen con mayor frecuencia como las decenas de miles de voltios de un rayo que destruye cualquier dispositivo eléctrico en su camino.

Los transitorios pueden ser causados por la operación o falla del equipo o por fenómenos meteorológicos como rayos. Incluso los transitorios de voltaje relativamente bajos pueden causar daños a los componentes eléctricos si ocurren con cualquier frecuencia.

Un supresor de sobretensiones de grado industrial del tamaño adecuado suele ser una amplia protección contra los efectos dañinos de los transitorios de alto voltaje.

Picos de voltaje

Estas son perturbaciones de pulso muy breves y muy peligrosas para equipos más sensibles porque los valores de voltaje pueden alcanzar miles de voltios. Son causados, no solo por la maniobra de líneas de alta tensión, conexión de condensadores de corrección del factor de potencia, rayos y corte de cargas con altas potencias reactivas, sino también por cargas de potencia limitada como fotocopiadoras y acondicionadores de aire conectados a las mismas. línea que alimenta los equipos sensibles. Los picos no son detectables por medio de un voltímetro ordinario dada su breve duración; sin embargo, son una de las principales causas de fallas y mal funcionamiento.

Variaciones de voltaje

Dado que están sujetas a variaciones continuas de carga, las líneas de distribución no pueden suministrar niveles de voltaje perfectamente uniformes. Es por ello que la maquinaria eléctrica se construye para aceptar desplazamientos de al menos ±5% respecto al valor nominal. De hecho, las juntas eléctricas prevén en sus contratos fluctuaciones de hasta ±10%. Además, este límite se supera a menudo debido a "variaciones lentas" (caídas de tensión causadas por líneas subdimensionadas y/o sobrecargas), "sobretensiones" (aumentos considerables en el valor de la línea que surgen cuando las industrias reducen drásticamente su consumo de energía), " variaciones rápidas" (caídas provocadas por la conexión de equipos tales como: lámparas de descarga, punzonadoras, motores eléctricos, etc.).