Cambios en la tecnología energética – Parte 1

Transformación de la calidad de la energía

En este artículo, que hemos creado junto con el portal web Schutztechnik.com, hablamos de los cambios actuales en la tecnología energética. Además, veremos los efectos de las repercusiones en la red y qué influencia tienen en los dispositivos de medición con los que detectamos fallos en la red.

Aumentar la eficiencia energética y reducir los costes: no es posible sin cambios

Hoy en día, muchos consumidores antiguos se cambian por tecnología de potencia controlada (véase la figura 1). Un buen ejemplo es el cambio de un motor asíncrono a un convertidor de frecuencia con accionamiento controlado. El motor asíncrono tenía dos estados: encendido y apagado. El convertidor de frecuencia, en cambio, puede ajustarse a la potencia exacta necesaria. Estos consumidores modernos aportan una retroalimentación de red a nuestra red: Ya no necesitan que la tensión y la corriente sean sinusoidales, sino que construyen la potencia y la corriente como les gustaría a través de un rectificador en la entrada.


Figura 1: Cambios de los componentes electrónicos

¿Cómo se construye un rectificador?

Un circuito de entrada típico de un accionamiento puede verse en la figura 2: En la parte superior, se muestra el lado de la red, se alimenta en trifásico y pasa por un puente rectificador a un circuito intermedio, donde primero se suaviza un poco esta CC ondulada. Luego pasa a un inversor, donde la CC se trocea en pequeños bloques y a partir de ahí se monta cualquier frecuencia con la que se pueda regular o controlar el motor. Esto es muy eficiente, pero en el lado de la red obtenemos las frecuencias de conmutación del inversor. La figura 1 muestra algunos ejemplos de consumidores que se utilizan en las redes actuales. De la figura se deduce que cabe esperar efectos de realimentación de 2 kHz a 300 kHz, que pueden ser una perturbación para otras cargas.

Si un consumidor funciona con una determinada frecuencia de conmutación, la fuente inyecta esta frecuencia en la red. Ahora bien, esta frecuencia busca naturalmente algún consumidor y quiere cortocircuitarse. A 10 kHz o 20 kHz, podemos suponer que no quiere fluir hacia el transformador o la media tensión, porque el transformador bloquea las altas frecuencias a través de su XL. Sin embargo, cuando nos alimentamos, buscamos una fuente con una impedancia baja a través de la cual esta frecuencia pueda fluir, y ésta suele ser siempre un consumidor en las proximidades.

Figure 2: Structure of the inverter

¿Qué problemas pueden surgir en la red si se producen estas frecuencias de conmutación?

Hoy en día, muchos consumidores ya no tienen interruptor. Antes, por ejemplo, una lámpara podía encenderse y apagarse mediante un interruptor, pero hoy en día también es posible utilizar una lámpara con regulador táctil. Tocando la base, la luz se enciende y se apaga. Hay un ejemplo práctico de cómo influyen estas lámparas en la calidad de la energía:

Un hotel ha equipado todas las habitaciones con este tipo de lámparas. Estas lámparas se encendían y apagaban solas, lo cual es especialmente desfavorable. La causa de todo esto: En la ciudad donde se encontraba este hotel, una empresa industrial con máquinas CNC, que también trabajaba durante la noche los días laborables, causó repercusiones en la red. Esto acabó provocando que las lámparas se encendieran y apagaran solas. En la lámpara, el mecanismo de encendido y apagado está controlado por señales muy pequeñas de una frecuencia superior. Si otro consumidor o máquina de la red genera la misma frecuencia, puede producirse una reacción o un mal funcionamiento.

Además, puede decirse que todos los efectos de retroalimentación que se producen en el rango de hasta aproximadamente 16 kHz pueden ser percibidos acústicamente por el ser humano, ya que los consumidores pueden convertir estos efectos de retroalimentación en sonidos.

¿Cómo se pueden medir las perturbaciones?

Si se quieren registrar las perturbaciones en la red, todo está sujeto a la condición de que el aparato de medición debe poder escanear el doble de rápido que la perturbación que se quiere registrar. Por ejemplo, una perturbación en el rango de hasta 10 kHz sólo puede ser detectada por un dispositivo de medición que mida con al menos 20 kHz. En la figura 3 se muestra un breve resumen de las frecuencias de muestreo con las que nuestros dispositivos móviles de medición de PQ pueden medir y detectar repercusiones.

Figura 3: Rango de detección de interferencias de nuestras cajas PQ y directrices correspondientes

Un ejemplo práctico

En un pueblo, algunos clientes se quejaron al proveedor de energía de que algunos consumidores mostraban fallos de funcionamiento o que los aparatos emitían silbidos. En esta red, se realizó una medición con una PQ-Box 100 (frecuencia de muestreo de 10 kHz) que se muestra en la figura 4. La medición muestra una onda sinusoidal perfecta. La medición muestra una onda sinusoidal perfecta. No hay indicios de interferencias en este punto.

Utilizando otro dispositivo con una frecuencia de muestreo ligeramente superior, de 40 kHz (véase la figura 5), podemos ver que se modula una frecuencia alta sobre el seno.

Figura 4: Medición con la PQ-Box 100

El objetivo debe ser ahora detectar esta frecuencia y encontrar la causa de la misma respondiendo a las siguientes preguntas:

  • ¿De qué frecuencia se trata?
  • ¿Cuál es el nivel de esta frecuencia?

La detección de la frecuencia en cuestión es necesaria porque, en función de la impedancia del usuario final, puede provocar calentamientos y también fallos de funcionamiento.

Figura 5: Medición con una frecuencia de muestreo de 40 kHz

Autor
Jürgen Blum, Product Manager Power Quality Mobile

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