Cobertura de las mediciones trifásicas de calidad eléctrica

07-11-2013 | Calidad eléctrica

por Randy Barnett

El uso de un analizador trifásico de calidad eléctrica puede ser intimidante para quienes no estén familiarizados con la calidad eléctrica y este instrumento. ¡Aprenda los aspectos básicos y luego practique!

Si los únicos problemas de la calidad eléctrica fueran los que crean las cargas no lineales monofásicas, tales como fotocopiadoras e impresoras, el mundo de la medición de la calidad eléctrica sería mucho más sencillo. Sin embargo, en el mundo en el que vivimos hoy en día, tanto si se están realizando estudios de calidad eléctrica como si se resuelven problemas en sistemas eléctricos, es necesario disponer de un analizador trifásico de calidad eléctrica. Configurar un analizador de calidad eléctrica con cinco cables de tensión y cuatro pinzas amperimétricas para, a continuación, seleccionar de las varias pantallas que ofrece entre más de una decena de diferentes parámetros de medición y de registro, puede resultar muy intimidante. No obstante, potentes como llegan a ser, los analizadores trifásicos de calidad eléctrica como el Fluke 435 son sencillos de usar una vez que se han entendido los conceptos básicos de su funcionamiento.

Monitorear la calidad eléctrica trifásica es fundamental. Tanto si se debe resolver misteriosos problemas eléctricos como si proporciona servicios adicionales a un cliente, se suministra potencia trifásica a clientes los comerciales e industrias, y la que se distribuye por las instalaciones.

Instalación de una analizador trifásico

Salvo que esté solucionando un problema específico, un buen lugar para empezar con un estudio general de la calidad eléctrica es el punto de acoplamiento común (PCC). El PCC es el punto en el que se da la interfaz entre la empresa pública y el cliente. Para efectos prácticos, el PCC se encuentra en la parte del cliente del contador de facturación de la empresa pública. Los analizadores de calidad eléctrica deben usarse en una ubicación segura después del circuito de desconexión principal e instalarse siguiendo todas las prácticas de trabajo seguras.

La pantalla de configuración del analizador de calidad eléctrica Fluke 435 indica cuál es el cable del analizador que debe conectarse a determinados conductores específicos dentro del sistema de distribución.

Antes de instalar el analizador trifásico, seleccione la configuración del sistema de distribución en la pantalla de "configuración" del instrumento. El Fluke 435 ofrece diez configuraciones diferentes. La conexión en estrella trifásica Wye es la más usada en instalaciones comerciales y aplicaciones industriales con tensiones de 480Y/277 o 208Y/120. Para evitar confusiones al conectar los cables, utilice los marcadores de colores de los terminales al acoplar la tensión con los cables de las pinzas del color que aparece en la pantalla de configuración del analizador.

Siempre antes conecte la terminal de toma de tierra para mayor seguridad, y luego la tensión remanente y los cables de corriente. Presione "Osciloscopio" para comprobar que las conexiones se hayan efectuado correctamente y busque la rotación más adecuada al tiempo que verifica que todos los terminales estén conectados correctamente.

La pantalla del Menú proporciona una vista general de las muchas funciones disponibles en el analizador de la calidad eléctrica. Seleccione la pantalla adecuada para empezar a monitorear parámetros.

Medición y análisis de datos

Puede empezar a medir y analizar datos si pulsa Menú, y selecciona y configura los parámetros que desea analizar. La pantalla de Voltios/Amperios/Hertzios es un buen lugar para empezar y obtener una imagen general de las condiciones del sistema. Un valor importante es el del factor de cresta (CF) indicado. El CF es la relación de la tensión pico con la tensión eficaz (RMS). Si la cantidad de CF cae por debajo de 1.4, indicará la extensión de aplanamiento de los picos de la onda sinusoidal. Las ondas sinusoidales que tienden a aplanarse no permiten que los capacitores del suministro eléctrico se carguen hasta su valor máximo (estos condensadores están diseñados para cargarse a la tensión pico). Los capacitores que no estén completamente cargados pueden ocasionar problemas, desde bloqueos informáticos hasta falsas alarmas del equipo electrónico. En cambio, si el CF se eleva por encima de 1.4 indica otro tipo de distorsión y, si la tensión pico se eleva demasiado, puede hacer que el componente se rompa. Es importante tener en cuenta que un multímetro RMS continuaría leyendo valores satisfactorios, mientras que el CF se ha desviado del valor nominal 1.4 de la onda sinusoidal de la tensión pura para ocasionar problemas en el equipo. Por esta y otras razones similares, los multímetros digitales no pueden usarse para resolver problemas relacionados con la calidad eléctrica.

Al seleccionar el modo de subidas y bajadas en el menú del Fluke 435, el usuario podrá ver y registrar las fluctuaciones de tensión que se hayan sucedido en el tiempo. Las "bajadas" (según los estándares europeos) y las subidas son perturbaciones eléctricas que se producen con bastante frecuencia. Las subidas y bajadas son fluctuaciones de corta duración que bajan (caen) o suben (crecen) dentro del sistema de distribución. Las bajadas pueden causar un funcionamiento inadecuado del equipo electrónico, motores que se desconectan de la línea o que incluso producen que los relés vibren o se desaccionen. Si estas subidas siguen produciéndose durante un tiempo, pueden dañar el aislamiento y causar que los componentes electrónicos fallen.

Las cargas no lineales, tales como los variadores de frecuencia (VFD) y los sistemas de suministro de alimentación ininterrumpida (SAI) producen tensiones y corrientes de armónicos. Las corrientes de armónicos son frecuencias múltiples íntegras de la frecuencia fundamental (60 Hz). Por ejemplo, el tercer armónico es tensión y corriente que fluyen a una frecuencia 3 veces mayor que la de 60 Hz, es decir a 180 Hz. El quinto armónico sería corriente a 300 Hz. Las corrientes de armónicos distorsionan la onda sinusoidal fundamental (60 Hz), que, a su vez, causa un mal funcionamiento del equipo electrónico. La distorsión armónica total (THD) es la suma de las distorsiones creadas por los armónicos y representa la magnitud de la distorsión total. A una distorsión armónica total del 5 por ciento, el funcionamiento de las cargas puede verse afectado. Una THD se lee de forma sencilla desde el analizador de la calidad eléctrica.

Las corrientes de armónicos, creadas por cargas no lineales tales como los sistemas VFD y SAI, pueden crear una distorsión (THD) excesiva de la onda sinusoidal de 60 Hz, y ocasionar un sobrecalentamiento en los conductores y del equipo. Con el analizador de calidad eléctrica Fluke 435, aísle el origen de los armónicos.

La prevalencia de ciertas frecuencias de armónicos puede causar el sobrecalentamiento de los conductores neutros y los motores, y torsión inversa. Los ciclos normales de las cargas no lineales variarán la frecuencia y la magnitud de las corrientes de armónicos en el sistema de distribución. Si selecciona la función Armónicos desde la pantalla del menú, podrá ver las frecuencias y las amplitudes en curso.

A medida que aumentan los costos por los servicios de la empresa pública, el uso de la electricidad y la energía en instalaciones se convierte en un problema cada vez mayor. Las penalizaciones por el factor de potencia pueden ser significativas, dado que pueden llegar a costar decenas de miles de dólares al mes, incluso a las fábricas medianas. El factor de potencia es la relación de la potencia real que se está consumiendo en unas instalaciones (kW) con la potencia aparente (kVA) que los servicios públicos proporcionan. Si se suministra demasiada potencia aparente en comparación con la cantidad usada para hacer el trabajo, pueden producirse sanciones por el factor de potencia de los servicios públicos. Al seleccionar “Potencia y energía” desde la pantalla del menú, se puede leer fácilmente el factor de potencia. Las cargas en motores grandes que causan problemas del factor de potencia pueden aislarse y se pueden instalar capacitores de corrección del factor de potencia, lo cual, a menudo, elimina totalmente las cargos por sanciones debidas al factor de potencia.

Es posible que los clientes comerciales e industriales también deban pagar cargos adicionales a causa de los picos de demanda. Un pico de demanda es la cantidad máxima de kW que se usa durante un periodo de quince a treinta minutos. Las empresas públicas miden sus equipos de tal manera que se pueda cubrir esta demanda y generalmente aplican cargos por el uso de los kW basado en los valores pico de demanda. Con un analizador de la calidad eléctrica pueden monitorizarse los kW, kVA y kVAR (carga reactiva) para tomar luego decisiones inteligentes sobre cómo gestionar el uso de la energía.

El parpadeo de tensión es un conjunto de ondas irregulares que se perciben a la salida de la luz debido a las variaciones en la tensión. Este parpadeo se mide como valores a corto plazo y valores a largo plazo. El exceso de este fenómeno se traduce en incomodidad para las personas y en posibles cargos por sanciones por parte de los servicios públicos. Si selecciona la pantalla “Parpadeo” del menú mientras resuelve problemas con la calidad eléctrica, puede ayudar a aislar la fuente que causa este parpadeo, como soldadoras, hornos de arco o generadores cicloconvertidores.

Las tensiones desequilibradas dentro de un sistema trifásico se producen cuando existe una carga desigual entre las tres fases. Colocar demasiadas cargas monofásicas en una sola fase determinada puede ocasionar una tensión menor en esa fase, en comparación con las otras dos. Las tensiones en motores trifásicos serán, por lo tanto, desequilibradas. Los variadores de velocidad pueden producir un aumento de los armónicos y esto puede afectar la salida de dichos variadores. Un desequilibrio entre tensiones se mide usando la pantalla “Desequilibrio” y no debe exceder el 2 por ciento sin que se tomen medidas correctivas.

Los transitorios son cambios muy cortos en la tensión que normalmente ocurren durante la fracción de una onda sinusoidal, pero que pueden crear efectos no deseados. Mientras que un rayo puede considerarse el transitorio más grave, otras causas, como el funcionamiento de grandes cargas o baterías de capacitores, también crean problemas. La falla del equipo electrónico es uno de los problemas más graves causados por los transitorios. Debido a su propia naturaleza, los transitorios solo pueden capturarse y medirse mediante equipos de monitorización especializados. La función de los transitorios del Fluke 435 registra niveles de tensión de tal manera que permite monitorear las condiciones para los transitorios.

Las corrientes de arranque de motores cuando arrancan pueden alcanzar entre cinco y siete veces (o más) su velocidad de carga total normal. Estas grandes corrientes pueden causar caídas de tensión significativas en el sistema de distribución, creando los problemas que se han mencionado anteriormente y que son inherentes a dichas caídas de la tensión. Con la función Corriente de arranque del Fluke 435, se puede medir los valores de las corrientes de arranque a lo largo del tiempo durante los ciclos activos e inactivos de los motores.

Los servicios públicos pueden usar su sistema de distribución energético para llevar señales de frecuencia más altas, y activar y desactivar dispositivos (control de rizado). Si se selecciona Trasmisión de señales desde el menú, permite que el Fluke 435 capture el momento en que se producen estas señales y ayuda a detectar cualquier sospecha de problemas con ellas.

Si selecciona la función Registrador en el menú del Fluke 435, podrá registrar los diversos parámetros del sistema, incluidos la tensión, el amperaje, la energía y las variaciones del factor de cresta causadas por la distorsión armónica. La capacidad para descargar los datos recogidos durante un tiempo concreto y de comparar esta información con el funcionamiento del equipo de la planta, tales como motores grandes y cargas no lineales, puede ayudar a solucionar e identificar problemas con la calidad eléctrica, además de localizar su origen.

Reducción de los costos energéticos

Los analizadores de calidad de la energía, como el Fluke 435, son herramientas potentes de medición y de registro que no solo pueden diagnosticar y aislar problemas únicos en el sistema de distribución eléctrica, sino también ayudar a reducir los costos energéticos. El tiempo de retorno de inversión en este equipo y la capacitación asociada puede ser insignificante si se toma en consideración el tiempo de inactividad o los daños del equipo. La clave es encontrar un analizador de la calidad eléctrica que mida y registre los datos necesarios, que sea fácil de configurar y de usar y, además, de proporcionar la descarga y el análisis de esos datos. El Fluke 435 es el instrumento ideal para quienes realizan estudios de calidad eléctrica o para aquellos que estén ansiosos por aprender los aspectos básicos de la calidad eléctrica: qué medir, qué buscar y cómo hacerlo.