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37
I
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d
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ó
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E
n la
s
ociedad y la indu
s
tria mo-
derna
s
,
s
e utilizan un gran número
de equipos eléctrico
s
y electróni-
cos encargados de controlar proce
s
o
s
,
transmitir información, proce
s
ar
datos, hacer má
s
entretenida la
vida en los hogares etc., todo e
s
to
conlleva a un consumo elevado de
energía eléctrica, la cual debe
cumplir con cierta
s
exigencia
s
. E
s
-
te uso masivo de la energía ha traí-
do como resultado la nece
s
idad
del estudio de la
s
rede
s
eléctrica
s
y el control por parte de in
s
titu-
ciones de las norma
s
que deben
cumplir las empre
s
a
s
s
umini
s
tra-
doras y los fabricante
s
de equipa-
miento eléctrico para que e
s
to
s
no
contaminen la
s
rede
s
eléctrica
s
con
perturbacione
s
que degraden la
calidad de la energía, y lograr de
esta forma una importante coordi-
nación entre la empre
s
a
s
umini
s
-
tradora, lo
s
fabricante
s
de equipo
s
y lo
s
con
s
umidore
s
.
Por calidad de la energía eléctrica
s
e
entiende cuando esta e
s
s
umini
s
trada
a los equipos y dispo
s
itivo
s
con la
s
características y condicione
s
adecuada
s
que le
s
permita su funcionamiento
s
in que
se afecten y provoquen falla
s
a
s
u
s
componentes [3].
Existen diferentes parámetro
s
que
pueden servir como referencia para
clasificar la
s
perturbacione
s
de a-
cuerdo a
s
u impacto en la calidad
de la energía.
Las distorsiones e interrupcione
s
s
iem-
pre han existido en lo
s
s
i
s
tema
s
eléc-
tricos, sólo que actualmente e
s
ta
s
condiciones
s
e ven agravada
s
por
la aparición de nueva
s
tecnología
s
que exhiben caracterí
s
tica
s
altamente
no lineales que incrementan con
s
i-
derablemente el deterioro de la
s
s
e-
ñales eléctrica
s
.
S
egún las consideraciones de la em-
pre
s
a
s
uministradora de energía, la
calidad
s
e mide en el punto de servicio
al u
s
uario, en tanto el usuario mide la
calidad en el punto de utilización; la
percepción de calidad de la energía
puede variar para un usuario debido a
perturbaciones ocasionadas por sus
propio
s
equipos o por la influencia de
carga
s
de otros usuarios conectados
al mi
s
mo punto de distribución de
electricidad.
De lo anterior expuesto, se deduce
que la calidad de la energía eléctrica
no e
s
un aspecto unilateral, está ínti-
mamente ligado con el tipo de equi-
po
s
, el u
s
uario y la forma de ope-
rarlo
s
. Dos usuarios conectados a la
mi
s
ma red eléctrica pueden tener una
opinión muy diferente de la calidad
del
s
ervicio que se les presta, igual-
mente la percepción de la calidad pa-
ra un u
s
uario puede cambiar con el
tiempo debido a la adquisición de
equipo
s
cada vez más sensibles a las
perturbaciones eléctricas [10].
Ha
s
ta hace algunos años —como
prácticamente ocurría en el resto
del mundo—, en Cuba se entendía
por calidad de la energía mantener
la continuidad del servicio eléctrico,
s
in tomar
s
e en consideración otros
parámetros importantes. Debido a
la
s
nuevas y recientes inversiones
que
s
e realizan, como parte de la
revolución energética, este asunto
cobra cada día mayor relevancia al
exigir por parte de especialistas y
técnico
s
mayor conocimiento del
tema.
C
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ep
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e
l
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r
i
c
a
La
s
características ideales de am-
plitud, forma, frecuencia, simetría,
etc. de la onda de tensión producida
por las centrales generadoras pueden
verse afectadas por diversas causas.
Estas desviaciones de algunos de los
parámetros de la onda sinusoidal
ideal se conocen como perturbacio-
nes y su influencia incide directa-
mente en la degradación de calidad
de la energía eléctrica.
P
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s
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nu
s
o
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d
a
l
S
e denomina corriente alterna a la
corriente eléctrica en la que su mag-
nitud y dirección varían cíclicamente.
La forma de onda de la corriente alterna
más comúnmente utilizada e
s
la de
una onda sinusoidal.
P
ara entender
los fenómenos eléctricos que se pre-
sentan, en la labor de especialistas y
técnicos, es necesario conocer las
características de la onda sinusoidal
porque, en la electrotecnia, se traba-
ja con corriente alterna cuyas magni-
tudes varían por una ley que sigue
este comportamiento. En la p
r
áctica
diaria es difícil utilizar las ecuaciones
y gráficas que rigen este compor-
tamiento. Algunas de las caracterís-
ticas de esta onda se relacionan a
continuación [1]:
1. Ecuación de la onda:
a
(t)= A
0
s
en
(
2
p
ft+
q
)
donde:
A
0
:amplitud en voltios o ampe-
rios, llamado valor máximo o de
pico.
f: frecuencia Hz.
t: tiempo en segundos.
q
: ángulo de fase inicial en radianes.
2. Valor instantáneo: es el valor que
toma la ordenada en un instante (t)
determinado, el valor de la tensión
se determina por la ecuación:
V=V
máx
s
en
(
2
p
ft+
q
)
2.Valor pico a pico (A
p-p
): diferencia
entre un pico o máximo positivo y un
pico negativo. Dado que el valor má-
ximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo
P
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ciones de Cub
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S.A.
A
med
=
5. Valor eficaz: e
s
te valor e
s
el que pro-
duce el mismo efecto calorífico que
s
u
equivalente en corriente continua.
M
ate-
máticamente, el valor eficaz de una magni-
tud variable con el tiempo,
s
e define como
la raíz cuadrada de la media de lo
s
cua-
drados de lo
s
valore
s
in
s
tantáneo
s
al-
canzado
s
durante un período:
En la técnica, el valor eficaz e
s
de
gran importancia porque ca
s
i toda
s
las operaciones con magnitude
s
ener-
géticas
s
e hacen con dicho valor. De
ahí que por rapidez y claridad
s
e re-
presente con la letra mayú
s
cula de la
magnitud que
s
e trate (I, V, P, etc.).
Matemáticamente
s
e demue
s
tra que,
para una corriente alterna
s
inu
s
oidal, el
valor eficaz viene dado por la expre
s
ión:
6.Período: e
s
el intervalo de tiempo
mínimo, al final del cual lo
s
valore
s
instantáneo
s
de la
F
uerza Electromotriz
(f.e.m) periódica
s
e repiten.
7.Frecuencia (f): e
s
una magnitud
inversa al período:
cila entre +A
0
y -A
0
. El valor de
pico a pico, e
s
crito como A
P-P
, e
s
por lo tanto
(+A
0
)-(-A
0
) =
2
×A
0
.
3.Valor medio (A
med
): e
s
el promedio
de los valore
s
in
s
tantáneo
s
de ten
s
ión
o de corriente en un
s
emiciclo. El área
del
s
emiciclo
s
e con
s
idera po
s
itiva
s
i
está por encima del eje de la
s
ab
s
ci
s
a
s
y
negativa
s
i e
s
tá por debajo. Como en
una
s
eñal sinusoidal el
s
emiciclo
po
s
itivo es idéntico al negativo,
su valor medio e
s
nulo.
P
or e
s
o el
valor medio de una onda
s
inu
s
oi-
dal
s
e refiere a un
s
emiciclo.
Mediante el cálculo integral
s
e
demue
s
tra que
s
u expre
s
ión e
s
la
siguiente:
es -1, una señal
s
inu
s
oidal que o
s
-E
s
igual al número de períodos de la fuerza electromotriz variables por
s
egundo.
P
eríodo (
T
): es el intervalo de tiempo al final del cual lo
s
valores
in
s
tantáneos de la f.e.m. periódica se repiten.
Lo que equivale a decir que la frecuencia es igual al número de períodos
de la f.e.m. variables por segundo.
8.
F
recuencia angular (W): es la velocidad de variación del ángulo de fase. En
un período
T
, el ángulo de fase varía uniformemente en 2
π
.
9.
F
actor de Cresta: es igual a la amplitud del pico de la forma de onda
dividida por el valor eficaz. El propósito del cálculo de este factor es dar
una idea rápida sobre cuán distorsionada está la forma de onda medida
con re
s
pecto de una onda sinusoidal pura [2].
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s
1.Variaciones de frecuencia: consisten en la desviación de la frecuencia fun-
damental del sistema de potencia respecto a su valor nominal. Esto
s
e debe a
de
s
equilibrios bruscos entre la generación y la carga.
S
u aparición es más sen-
s
ible en sistemas aislados.
2.Huecos de tensión: es una súbita reducción de la tensión, entre un 90 %
y un 10 % de la tensión nominal (Un), seguida de una recuperación luego de
un período corto de tiempo. Convencionalmente la duración de un hueco de
ten
s
ión es entre 10 ms y 1 minuto. Este fenómeno es asociado a cortocircuitos en
la
s
líneas, a la energización de grandes cargas o al arranque de grandes motores [3].
3.Cortes de tensión: son un caso particular de los huecos de tensión, de
profundidad superior al 90 %, se caracterizan por un único parámetro: la
duración. Los cortes breves tienen una duración inferior a tre
s
minutos
que aparecen periódicamente en la forma de onda de la tensión [2].
4.De
s
viación de tensión: diferencia entre el valor real de tensión y su
valor nominal para el circuito. Esta desviación no debe ser inferior al 10 %
de la tensión nominal. Las desviaciones de tensión son una sucesión de varia-
cione
s
de tensión cíclica o aleatoria de la onda de tensión cuyas características
s
on la frecuencia de la variación y su amplitud.
S
i la tensión de desviación se
expre
s
a en por cientos de la tensión nominal, y la tensión real y la nominal en volt,
entonces [3]:
donde
:
d
V
Þ
t
en
si
ón
de
de
svi
a
ci
ón
V
Þ
t
en
si
ón
r
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N
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2
W=
T
p
W=
2
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V-V
N
V
d
=
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39
5. De
s
equilibrio
s
: en lo
s
s
i
s
temas trifásicos el desequilibrio ocurre cuando
la
s
tre
s
ten
s
ione
s
no
s
on iguales en amplitud o no están desfasadas unas
re
s
pecto a otra
s
120°.
S
e pre
s
enta mayormente al existir cargas monofásicas
conectada
s
al
s
i
s
tema
s
in
s
er adecuadamente balanceadas. En la práctica
para tener una idea del problema se utiliza la fórmula [3]:
V
med
=
V
1
, V
2
, V
3
,
Þ
t
en
si
ón
de
c
a
d
a
una
de
l
a
s f
a
s
e
s
6. Ruido de alta frecuencia:
s
on señales no deseadas con un espectro armónico
di
s
per
s
o cuya frecuencia fundamental es inferior a 200 kHz. Estas señales se
encuentran
s
uperpue
s
ta
s
a la
s
formas de onda de tensión o corriente y pueden
s
er originada
s
por
s
i
s
tema
s
que funcionan con electrónica de potencia.
7.
S
obreten
s
ione
s
tran
s
itorias: son variaciones de las tensiones o corrientes
del
s
i
s
tema que
s
e tran
s
miten a través de las redes de distribución, son de
muy corta duración pero de valor eficaz muy elevado lo que provoca, en
mucho
s
ca
s
o
s
, el deterioro y destrucción de los receptores [4].
La
s
s
obreten
s
ione
s
tran
s
itorias tienen sus orígenes bien diferenciados:
Š
De
s
carga
s
atmo
s
férica
s
: la
s
tormentas y las descargas de rayos sobre cualquier
cable provocan
s
obreten
s
ione
s
transitorias en los conductores que se caracterizan
por
s
u corta duración y valore
s
de cresta muy elevados, hasta varias centenas de kV.
Š
M
aniobra
s
en la red: la
s
conmutaciones en las subestaciones de la em-
pre
s
a
s
umini
s
tradora de energía eléctrica, las conmutaciones de maquinaria
de gran potencia, el accionamiento de motores, son causantes de este fenó-
meno.
8.
F
luctuacione
s
de ten
s
ión: son variaciones asimétricas de la envolvente de
ten
s
ión la
s
cuale
s
pueden
s
er continuas o aleatorias. Las cargas que provo-
can variacione
s
continua
s
y rápidas generan el efecto llamado flicker de
ten
s
ión. E
s
te fenómeno conocido como parpadeo hace variar la intensidad
lumino
s
a que afecta la vi
s
ión humana, principalmente, en el rango de frecuen-
cia
s
ha
s
ta 25 Hz. E
s
te fenómeno depende de los niveles de percepción de las
per
s
ona
s
.
S
e ha comprobado estadísticamente que la visión humana respon-
de a una curva de re
s
pue
s
ta de frecuencia cuya sensibilidad máxima está en
8,8 Hz, en que variacione
s
del 0,25 % de la tensión producen fluctuaciones
lumino
s
a
s
en lámpara
s
que
s
on perceptibles como “parpadeo”. Este tema se
agudiza con la
s
perturbaciones armónicas, el problema global es reducido
al lograr nivele
s
admi
s
ible
s
de distorsión armónica [5].
9.Armónico
s
de ten
s
ión: es una tensión sinusoidal de frecuencia igual
a un múltiplo entero de la frecuencia fundamental (60 Hz) de la tensión de
s
umini
s
tro. La
s
ten
s
ione
s
armónicas pueden ser evaluadas:
Š
Individualmente, por
s
u amplitud relativa (Uh) relacionada a la ten-
s
ión de la componente fundamental U
1
, donde (h) es el orden del armó-
nico.
Š
Globalmente, mediante el cálculo de la distorsión armónica total,
utilizando la
s
iguiente expresión:
D
V=
V
f
-V
med
V
med
donde
:
D
V
Þ
de
svi
a
ci
ón
de
l
a
t
en
si
ón
V
f
Þ
t
en
si
ón
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f
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s
e
V
1
+V
2
+V
3
3
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h
THD =U
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nsi
ón
[
2
]
10. Armónico
s
de corriente: e
s
una corriente sinusoidal de frecuencia
igual a un múltiplo entero de la frecuencia fundamental (60 Hz). Los
armónicos de corriente que fluyen a travé
s
de la impedancia del sistema
dan lugar a armónico
s
de ten
s
ión.
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s
s
on motivo de preocupación por los
efecto
s
perjudiciale
s
que provocan en la
s
redes eléctricas, algunos de
e
s
tos efecto
s
son [3]:
Š
Envejecimiento prematuro del ai
s
lamiento de los conductores eléctricos.
Š
Di
s
paro
s
intempe
s
tivo
s
de interruptore
s
termomagnéticos.
Š
Calentamiento exce
s
ivo de lo
s
tran
s
formadores con cargas inferiores
a las nominales.
Š
Interferencia en equipo
s
de comunicaciones.
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Destrucción por
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En la Empre
s
a de Telecomunicacione
s
de Cuba,
S
.A., debido a la importancia del uso
de la energía eléctrica para el correcto funcionamiento del equipamiento en las
in
s
talacione
s
de telecomunicacione
s
,
s
e pre
s
ta e
s
pecial atención al estudio de las
rede
s
eléctricas para garantizar, de
s
de la etapa de proyecto, la observación de normas
internacionale
s
de referencia. En con
s
ecuencia,
s
e toman en cuenta recomenda-
ciones y criterios de fabricante
s
de equipo
s
para
s
u instalación, se capacita al perso-
nal técnico en el empleo de nuevo
s
método
s
de diagnóstico de calidad de la energía y
se trazan planes de ahorro de energía. Toda
s
e
s
ta
s
acciones influyen en que la elec-
tricidad
s
ea utilizada, de forma óptima, con el propósito de lograr que el usuario del
servicio telefónico no
s
e vea afectado por interrupciones que pueden evitarse con la
intervención preventiva del per
s
onal técnico.
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s
La
s
perturbacione
s
eléctrica
s
pueden originarse en la red de distribución, en la
instalación del u
s
uario afectado o en la de un u
s
uario próximo.
S
egún la afec-
tación económica y el campo de aplicación, e
s
tas perturbaciones tienen diversas
consecuencias que afectan, de
s
de la incomodidad hasta el deterioro de los
equipos e, incluso, el rie
s
go para la
s
per
s
ona
s
. La búsqueda de una mejor eficiencia
de la
s
empre
s
a
s
hace que la calidad de la energía eléctrica sea un objetivo estra-
tégico. Las perturbaciones eléctricas
no deben ser sufridas como una fata-
lidad, pues existen soluciones.
S
u
aplicación, teniendo en cuenta las
normas técnicas por parte especia-
listas y técnicos, permite alcanzar una
calidad de energía eléctrica persona-
lizada, adaptada a las necesidades
de cada consumidor.
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