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Tendencias en la medición de calidad del suministro eléctrico:

Digitalización de cambiadores de tomas: Modernización eficiente de transformadores de energía

Métodos de medición, normas y certificación | La calidad de la energía cada vez sufre más del uso de la electrónica de potencia, ya que estos últimos generan porciones de corriente, por ejemplo en convertidores. Los dispositivos electrónicos pueden ser perturbados por estas porciones actuales. Por tanto, la adquisición de la calidad de la energía está ganando importancia. Sin embargo, ¿de qué depende su medida?

Los sistemas de distribución para la energía eléctrica han sido operados con tensión alterna desde la pelea entre Thomas Edison y Nikola Tesla. Voltaje y corriente eran sinusoidales con una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz. La curva de voltaje sinusoidal fue el resultado del uso de generadores inductivos para convertir el poder mecánico en eléctrico. La curva actual fue idéntica, ya que la mayoría de los consumidores como las bombillas clásicas, dispositivos de calefacción y motores, eran lineales en ese tiempo.

Con la invención de los tiristores y triacs y el creciente uso de electrónica de potencia a partir de los años setenta, los sistemas de control modernos podrían ser desarrollados. Esto permitió un aumento considerable en eficiencia y flexibilidad. La desventaja es que ellos constituyen cargas no lineales, es decir, la corriente de entrada tiene frecuencias no contenidas en el voltaje. Esto causa un sistema con más alta contaminación por armónicos e interarmónicos, así también genera un aumento de las pérdidas del sistema. Además, los consumidores electrónicos son cada vez más sensibles a tales disturbios.

El concepto de la calidad de la energía se introdujo en respuesta a este problema.

 

¿Por qué la calidad de la energía nos concierne?

Salvaguardar suficiente energía de calidad es importante para la operación confiable de ambos sistemas y dispositivos conectados. Distintas perturbaciones pueden tener varios efectos. Por ejemplo, los armónicos aumentan pérdidas del sistema en transformadores, líneas y cables (y la capacidad de transmisión disminuye). Además, el pico de voltaje puede superar 2 veces el valor efectivo que afecta al aislamiento. La calidad de la energía puede también influir en las personas, por ejemplo, si las fluctuaciones del voltaje provoca parpadeo en las lámparas. Las caídas de voltaje pueden perjudicar la producción sensible de procesos y conducir a costosos tiempos de inactividad en la producción.

Dado que es imposible prevenir todas las alteraciones en la calidad de la energía para asegurar que los dispositivos sean inmunes contra estas perturbaciones, se acuerdan límites para la emisión de perturbaciones e inmunidad. Este principio se ha establecido en el campo de toma de compatibilidad electromagnética viabilidad técnica y económica eficiencia en cuenta.

Alteraciones en la calidad de la energía

En el ámbito de la normalización, la consideración se limita al poder de la calidad en el rango de frecuencia de 0 a 9 kHz. Una extensión a 150 kHz es planificada. La medición de la calidad de la energía requiere instrumentos específicamente desarrollados para este propósito.

Es de gran importancia que los diferentes instrumentos proporcionen al menos valores similares medidos para la misma señal de entrada. Este requisito parece trivial hoy porque, mientras tanto, los estándares se han logrado con definiciones que son claramente reconocidas. Los instrumentos de medición, cumpliendo con los pertinentes estándares proporcionan resultados comparables para la misma señal de entrada.

 

Los fenómenos del sistema se vuelven conocimiento

«Una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil». Este viejo dicho también es aplicable en la era de la digitalización. Por tanto, nos referimos a algunos, pero a menudo no se aplican requisitos en este punto. Es imperativo para la planificación de la medición aclarar exactamente las expectativas de medir resultados, medir precisión e incertidumbre de medición. Hay que seleccionar elementos armonizados para la cadena de medición en este base. Hay medidas de calidad de energía que requieren absolutamente la conciencia de las características de transmisión (respuesta de frecuencia y fase) de transformadores de moneda y voltaje en para obtener información significativa y resultados de medición utilizables. Otras condiciones previas para el éxito y la seguridad de las medidas de instalación eléctrica de transformadores de medida, son los instrumentos así como el cableado conforme a EMC de líneas de medición y comunicación. Y finalmente, una prueba o calibración trazable debe asegurarse de que la medición de los resultados son comparables a otra medición de resultados y a los requisitos de normas, contratos o leyes.

Solo una cadena de medición adecuada puede generar datos brutos relevantes de eventos del sistema físico, seleccionar datos de interés del mismo, condensarlo y obtener conocimientos utilizables mediante un software de análisis adecuado. Este proceso de transformación de los fenómenos del sistema en conocimiento es por si solo tan bueno como el eslabón más débil de la cadena de medición.

 

Estándares – La clave para las mediciones confiables

El área de la calidad de la energía constituye un campo de tareas complejo, ya que requiere experiencia tanto en ancho como en profundidad, p. ej. con relación a la energía ingeniera, fenómenos de calidad de la energía, instrumentación de medida y el procesamiento de la señal.

Los estándares de calidad de energía más importantes son desarrollados por el grupo de trabajo IEC SC 77A WG 9, pero también Cenelec es activo a este respecto. Los grupos de trabajo están compuestos por expertos de productores de instrumentos de medición, industria eléctrica, universidades, institutos nacionales de metrología como Eidgenössisches Institut für Metrologie Metas e institutos de pruebas privados. El amplio apoyo del consenso desarrollado, permite soluciones orientadas a la práctica incluso si son intereses opuestos.

La respectiva serie de normas IEC consta de varias partes que cubren principios

caída de voltaje

Caída de voltaje (muestras) durante una tormenta de verano.

generales, límites de emisión, técnicas de prueba y medición, directrices de instalación y medidas de rectificación.

Sin embargo, la estandarización de los métodos de medición desafortunadamente no conduce a la unificación de implementación prevista en los instrumentos de PQ. En algunos casos, los instrumentos admitidos por esta norma han proporcionado resultados de medición desviados. Las clases de dispositivos y los procedimientos de prueba debían ser estandarizados posteriormente.

Además, la certificación, es decir, la verificación por terceras partes ha ganado en importancia. Estas actividades de estandarización son parte de una mejora continua procesar y reflejar los cambios en el industria de la electricidad. Particularmente en respeto de la calidad de la energía, los requisitos han cambiado considerablemente durante las dos últimas décadas. En el momento en que la IEC 61000-4-30 estándar fue publicada en 2003, casi todo el poder de los dispositivos de medición de calidad en el mercado eran instrumentos manuales. Estos usaron algoritmos patentados.  Además, se logró que la medición con instrumentos de diferentes fabricantes proporcionaran resultados de medición comparables. Este requisito, que fue anteriormente solo aparentemente trivial, que permite probar indudablemente y de una manera utilizable si la calidad de la energía ha cumplido los requisitos en caso de una disputa.

Certificación: ¿qué es eso?

La certificación está ganando cada vez más importancia. Según ISO 17000, se trata de una confirmación respaldada por pruebas que un dispositivo cumple con los requisitos – si es realizado por un tercero, generalmente una metrología nacional instituto o un privado acreditado instituto de pruebas. La certificación no es exigida por la ley. Contrariamente a la confirmación de un fabricante o importador, ofrece a los compradores un valor, ya que el organismo certificador es independiente – no está sesgado por intereses comerciales de la fabricante o participación en desarrollo.

La certificación de una medición de la calidad de la energía del instrumento según IEC 62586- 2 requiere más de 150 extensas pruebas y necesita una elaborada infraestructura de prueba rastreada de vuelta al Sistema Internacional de Unidades SI por calibración y experiencia.

Metas ha ampliado su medición e infraestructura de prueba para Phasor Unidades de medida (PMU) a variables de calidad de la energía y puede ahora, siendo uno de los pocos
laboratorios de todo el mundo, calibrar, probar y certificar PMU de acuerdo con IEEE C37.118 y calidad de energía instrumentos de medida de acuerdo según IEC 62586. La PMU permite generar voltaje y corriente sincronizados con UTC señales y se remonta al Sistema Internacional de Unidades SI por calibración.

Temas futuros sobre la calidad de la energía

La demanda de energía probablemente continuará aumentando en todo el mundo en el futuro. Las razones son el aumento de la población, urbanización, el avance de la movilidad eléctrica también como la ola de la digitalización. Este aumento no puede ser suficientemente compensado por la eficiencia energética medida. La
de poder adicional, estará cubierta por productores más descentralizados como la energía fotovoltaica, eólica y plantas hidroeléctricas. Este desarrollo causará fenómenos físicos conocidos para convertirse en temas importantes sobre la calidad de la energía.

Ampliación del rango de medición

La utilización de la gama de 2kHz a 150kHz internacional no está regulado con estándares por el momento. Hay fabricantes que intencionalmente colocan las frecuencias de perturbación de sus dispositivos en esta banda que pueden causar alteraciones de metros de electricidad. Casos de incompatibilidad debido a la frecuencia no regulada las bandas están aumentando considerablemente. La IEC ha reaccionado así: En presente, la IEC 61000-2-2 estándar para límites de compatibilidad en sistemas públicos de baja tensión para el rango de 2 kHz a 150 kHz está en consulta. El grupo de trabajo IEC SC 77A WG 9 PQ es revisando la norma existente 61000-4-30 IEC, para determinar métodos de medición apropiados para fenómenos de la calidad de la energía en este rango de frecuencia.

 

Calidad de la energía del lado de la demanda

Un informe técnico para Demand Side Power Calidad: DSPQ está siendo preparado por el grupo de trabajo CLC / TC 85X Cenelec  y determina recomendaciones para la calidad de la medición de energía y su evaluación en plantas. La mayoría de los estándares solo determinan la calidad del voltaje en el punto de transferencia desde el proveedor de energía para el usuario del sistema (PCC).

El DSPQ describe las fases necesarias para la preparación de la demanda de un plan de medición de la calidad de la energía para edificios y plantas industriales. El lado de la demanda es definida como la instalación eléctrica más allá del PCC y bajo la responsabilidad de el administrador de la instalación. Tal calidad del plan de medición de energía permite optimizar su disponibilidad y eficiencia, permite mejorar la vida útil de las plantas y facilitar el diagnóstico y la rectificación de los problemas de calidad.

Un plan de medición de la calidad de la energía comprende los siguientes pasos:

  • Definición de contexto, objetivos y limitaciones
  • Evaluación de la situación original del PQ
  • Definición de un plan de acción para mejorar la situación de PQ
  • Implementación del sistema de medición PQ
  • Utilización del sistema de medición para mejorar la situación de PQ
  • Mantenimiento del sistema de medición PQ

Dichos informes ayudan a los administradores de las instalaciones a armonizar sus planes de medición con los requisitos específicos de su Planta eléctrica. Contienen todas las alteraciones presentes en tales sistemas pero no cubren las perturbaciones en los
sistemas de distribución de energía públicos, ya que son regulados por estándares específicos y preestándares como EN 50160 e IEC TS 62749. Aparte de estos temas, hay
otros temas en discusión de expertos internacionales:

  • Redes de adquisición de calidad de energía en plantas de baja tensión
  • Monitoreo de la calidad de la energía en plantas de CC
  • Nuevos métodos de medición de frecuencia rápida para la adquisición de frecuencia para reconocer cambios en menos de 10s, como es el valor estándar actual
  • Evaluación estadística de porciones de potencia
  • Estandarización de formatos de datos
  • Transitorios rápidos
  • Coordinación de estándares de métodos de medición con los de sensores de corriente

Resumen

El monitoreo de la calidad de la energía seguirá ganando importancia para todos los interesados debido al aumento de la demanda de energía eléctrica, el aumento de la producción de energía descentralizada y los temas de calidad de la energía.

Se dividirá en dos tareas principales también en el futuro: evaluación estadística de las variables de calidad de la energía (conformidad) como así como observar, monitorear y analizar la potencia dinámica eventos de calidad. En ambos casos, la comparabilidad de medición de los resultados garantizados por la certificación, las pruebas y la calibración es esencial. Ya se puede ver hoy que el nuevos temas de calidad de la energía generarán una gran cantidad de datos adicionales. Esta avalancha de datos debe adquirirse de forma inteligente, seleccionada, condensada e interpretada. El monitoreo de la calidad de la energía puede hacer que lo invisible en el sistema sea visible antes de que afecte negativamente a las personas y los activos. De esta manera, hará una contribución significativa a la abundante disponibilidad actual de energía eléctrica, también en el futuro.

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