máster en el sector eléctrico tesis de máster minimización de los

MÁSTER EN EL SECTOR ELÉCTRICO

TESIS DE MÁSTER

MINIMIZACIÓN DE LOS EFECTOS DE

LAS PERTURBACIONES ELÉCTRICAS EN

LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Amaya Barona Lejarraga

7 de octubre de 2008

Autorizada la entrega de la tesis de master del alumno/a:

Amaya Barona Lejarraga

EL DIRECTOR

Javier Amantegui González

Fdo.: Fecha: 06/10/2008

EL TUTOR

Pablo García González

Fdo.: Fecha: ……/……/……

‐ 2 ‐

Contenido

1. Introducción ...................................................................................................................... ‐ 5 ‐

2. Definición y origen de las perturbaciones ......................................................................... ‐ 7 ‐

2.1. Interrupciones ........................................................................................................... ‐ 7 ‐

2.2. Huecos de tensión ................................................................................................... ‐ 11 ‐

2.3. Variaciones de tensión ............................................................................................ ‐ 16 ‐

2.4. Armónicos ............................................................................................................... ‐ 19 ‐

2.5. Sobretensiones temporales .................................................................................... ‐ 26 ‐

2.6. Sobretensiones transitorias .................................................................................... ‐ 28 ‐

3. Legislación y normativa relativa a la Calidad de Servicio ................................................ ‐ 32 ‐

3.1. Continuidad de suministro ...................................................................................... ‐ 32 ‐

3.2. Calidad de producto eléctrico ................................................................................. ‐ 37 ‐

3.2.1. Interrupciones ..................................................................................................... ‐ 37 ‐

3.2.2. Huecos de tensión ............................................................................................... ‐ 40 ‐

3.2.3. Variaciones de tensión ........................................................................................ ‐ 42 ‐

3.2.4. Armónicos ........................................................................................................... ‐ 43 ‐

3.2.5. Sobretensiones temporales ................................................................................ ‐ 44 ‐

3.2.6. Sobretensiones transitorias ................................................................................ ‐ 45 ‐

3.3. Compatibilidad Electromagnética ........................................................................... ‐ 45 ‐

4. Diseño general de las instalaciones eléctricas ................................................................ ‐ 49 ‐

4.1. Continuidad de suministro ...................................................................................... ‐ 49 ‐

4.2. Calidad de producto eléctrico ................................................................................. ‐ 54 ‐

4.2.1. Interrupciones breves ......................................................................................... ‐ 55 ‐

4.2.2. Huecos de tensión ............................................................................................... ‐ 58 ‐

4.2.3. Variaciones de tensión ........................................................................................ ‐ 61 ‐

4.2.4. Armónicos ........................................................................................................... ‐ 64 ‐

4.2.5. Sobretensiones temporales ................................................................................ ‐ 71 ‐

4.2.6. Sobretensiones transitorias ................................................................................ ‐ 72 ‐

5. Aplicaciones particulares en procesos productivos ........................................................ ‐ 78 ‐

5.1. La Industria Cerámica .............................................................................................. ‐ 78 ‐ ‐ 3 ‐

5.1.1. Descripción del proceso ...................................................................................... ‐ 78 ‐

5.1.2. Problemática ....................................................................................................... ‐ 80 ‐

5.1.3. Soluciones ........................................................................................................... ‐ 82 ‐

5.2. La Industria Cementera ........................................................................................... ‐ 83 ‐


5.2.2. Problemática ....................................................................................................... ‐ 85 ‐

5.2.3. Soluciones ........................................................................................................... ‐ 87 ‐

5.3. La Industria Papelera ............................................................................................... ‐ 89 ‐


5.3.2. Problemática ....................................................................................................... ‐ 91 ‐

5.3.3. Soluciones ........................................................................................................... ‐ 92 ‐

5.4. La Industria del Plástico ........................................................................................... ‐ 94 ‐


5.4.2. Problemática ....................................................................................................... ‐ 95 ‐

5.4.3. Soluciones ........................................................................................................... ‐ 96 ‐

5.5. La Industria de Artes Gráficas ................................................................................. ‐ 97 ‐


5.5.2. Problemática ....................................................................................................... ‐ 98 ‐

5.5.3. Soluciones ........................................................................................................... ‐ 99 ‐

6. Conclusiones ................................................................................................................. ‐ 100 ‐

7. Referencias .................................................................................................................... ‐ 102 ‐

‐ 4 ‐

1. Introducción

Las características de la energía eléctrica en el punto de generación se asemejan a las de

una onda sinusoidal perfecta. Sin embargo estas características se ven afectadas durante su

transporte, distribución y utilización. Cada elemento de la red puede ser objeto de daños o

averías provocadas por esfuerzos eléctricos, mecánicos o químicos, debidos a causas variadas

como pueden ser las condiciones meteorológicas, desgaste normal y envejecimiento,

actividades humanas o de animales, o incluso los propios equipos eléctricos y electrónicos que

están conectados a ella.

La normativa y legislación relativa a la calidad de suministro eléctrico especifíca

cuantitativamente la calidad mínima reglamentaria que la compañía distribuidora debe

suministrar a sus clientes en relación a la continuidad de suministro. Sin embargo la calidad de

producto eléctrico trata las características de la onda de tensión en términos de estadísticas

descriptivas y de probabilidad. El motivo principal es el alto carácter aleatorio de sus causas y

la gran diversidad de estructuras de las redes de distribución que existen en las diferentes

regiones.

La electricidad es el prinpipal motor de los clientes industriales ya que de ella depende el

funcionamiento de sus procesos. Son los clientes con equipamiento especialmente sensible,

los mayoritariamente afectados por las perturbaciones eléctricas, sobre todo por las de

carácter transitorio ya que en numerosas ocasiones resultan en la parada de sus procesos con

largos tiempos de reposición y elevadas pérdidas económicas.

Dado que la incidencia de las perturbaciones eléctricas en mayor o menor medida es

inevitable y dado también que la red de distribución consta de todo un conjunto en el que se

integran de forma inseparable todos sus usuarios, resulta aconsejable la adopción de medidas

correctoras o mitigación a fin de minimizar los perjuicios que dichas perturbaciones pudieran

ocasionar. Generalmente, el cliente atribuye los problemas de calidad de la energía eléctrica a

deficiencias inherentes al propio suministro eléctrico cuya solución entiende no le

corresponde. Por este motivo al acometer estos problemas, las mayores dificultades se

encuentran muchas veces en la escasa coincidencia que tiene el propio cliente de que las

soluciones asequibles y eficaces para evitar los efectos de las perturbaciones eléctricas, se

encuentran con frecuencia en sus propias instalaciones.

‐ 5 ‐

En la siguiente tabla se resume las diferentes perturbaciones eléctricas que define la

normativa junto con una valoración cualitativa de su gravedad en la mayoría de los procesos

industriales así como la frecuencia con la que los clientes perciben sus consecuencias.

Tabla 1: Clasificación de las perturbaciones eléctricas según su gravedad y frecuencia en procesos industriales

Las perturbaciones más significativas son las interrupciones, tanto largas como breves,

los huecos de tensión, las variaciones de tensión, las sobretensiones especialmente las

transitorias y las tensiones armónicas. Este trabajo tiene como objeto explicar las

características y origen de estas perturbaciones eléctricas que con mayor frecuencia e

importancia afectan a los clientes industriales con el fin de establecer unas recomendaciones

generales y algunos casos particulares que orienten y presenten una ayuda para lograr la

mayor inmunidad en sus instalaciones receptoras.

‐ 6 ‐

2. Definición y origen de las perturbaciones

2.1. Interrupciones

Según la UNE 50160, existe una interrupción de la alimentación cuando la tensión en los

puntos de suministro es inferior al 1% de la tensión declarada. Se considera que existe una

interrupción en el suministro eléctrico a un cliente cuando abre uno de los elementos de corte

que alimenta a dicho cliente. En el siguiente capítulo relativo a la normativa, se especifica

exactamente cómo se mide una interrupción de tensión.

En el siguiente ejemplo, el cliente se encuentra conectado en el extremo de una línea de

media tensión. La apertura de cualquiera de los tres interruptores, del seccionador o la fusión

del fusible supone la desconexión de una parte de la red.

Ilustración 1: Esquema simplificado de conexión de cliente en MT

En cualquiera de los casos se produce una interrupción en el cliente hasta que se

reponga la tensión cerrando o sustituyendo el elemento de corte tal y como muestra el gráfico

siguiente:

‐ 7 ‐

20 kV

Tensión

Tiempo

Ilustración 2: Tensión ante una Interrupción del suministro

Una interrupción de la alimentación puede ser clasificada como:

• Prevista cuando los usuarios de la red son informados de antemano para permitir la

ejecución de trabajos programados en la red de distribución.

• Accidental cuando está provocada por faltas permanentes o transitorias, la mayoría de

las veces ligadas a sucesos exteriores, a averías de los equipos o a interferencias.

Las interrupciones accidentales se clasifican a su vez según por su duración en:

• Larga si la duración es superior a 3 minutos.

• Breve para interrupciones de hasta 3 minutos.

La realización de “Trabajos en Tensión” permite mantener la continuidad del suministro

eléctrico en muchas de las labores de mantenimiento de las compañías eléctricas. Sin

embargo, existen trabajos que no pueden realizarse con tensión en las líneas por motivos de

seguridad. En estos casos es necesario aislar el tramo en el que se realizan los trabajos, lo que

da lugar a interrupciones en aquellos suministros que disponen de un solo punto de

alimentación. Este tipo de interrupciones denominadas interrupciones previstas, se realiza tras

un aviso previo a los clientes que se van a ver afectados. Estas interrupciones son mucho

menos frecuentes que las interrupciones debidas a causas accidentales.

Las interrupciones accidentales son debidas mayoritariamente a cortocircuitos que

acaecen en la red y de forma muy poco frecuente por sobrecargas en la red. Los cortocircuitos

son despejados por el sistema de protecciones, abriendo el interruptor de la línea en falta o ‐ 8 ‐

fundiendo un fusible. De esta manera se extingue el arco eléctrico y se evitan daños

permanentes en las instalaciones y riesgos para las personas.

Las causas de los cortocircuitos son diversas, aunque pueden dividirse en dos categorías:

• Incidencias que afectan al aislamiento de las líneas: Dependen en gran medida de las

características del lugar. En zonas rurales o semi‐urbanas las líneas son principalmente aéreas

y existen riesgos debidos a caídas del arbolado, o la presencia de grandes aves. En zonas

próximas al mar la salinidad puede afectar al aislamiento, mientras un nivel de contaminación

excepcional puede ser un factor de riesgo en algunos puntos concretos. Independientemente

de su emplazamiento, cualquier línea aérea puede verse afectada por fuertes vendavales. En

zonas urbanas las líneas suelen ser subterráneas; en estos casos el número de faltas es menor

aunque los daños suelen ser permanentes, y normalmente se debe a una rotura o fallo del

aislamiento. Es típica la perforación o rotura de cables subterráneos por excavadoras.

• Aparición de sobretensiones que superan el aislamiento de la red: La causa principal

son los rayos, que causan sobretensiones transitorias que pueden llegar a millones de voltios.

Las tormentas son, con diferencia, la principal causa de cortocircuitos en las redes aéreas de

media tensión.

El principio básico de operación de cualquier red eléctrica es reponer el suministro

eléctrico a la mayor brevedad posible, tanto en caso de incidentes no previstos como en caso

de trabajos en la red, en los que siempre se trata de minimizar el tiempo de interrupción. En

caso de cortocircuito, el tiempo de reposición depende principalmente de si se han producido

daños permanentes en el elemento afectado por la falta. La mayor parte de las subestaciones

de distribución disponen de automatismos que intentan reponer el suministro sin intervención

de personal, reduciendo de esta manera el tiempo de actuación. Si no se han producido daños

permanentes, como suele suceder en caso de sobretensión debida a rayo, el cierre del

interruptor es correcto aunque en ocasiones es necesario que el automatismo haga varios

intentos consecutivos. El tiempo de interrupción en estos casos depende de la programación

del automatismo de la subestación, y puede estar comprendido entre 0,5 a 10 segundos para

un primer intento de reposición, hasta 3 minutos, en algunos casos, si hay que agotar todos los

intentos previstos. Si se han producido daños permanentes en algún elemento, los intentos de

cierre del automatismo serán inútiles ya que cada cierre del interruptor dará lugar a un nuevo

cortocircuito y en consecuencia a un nuevo disparo. En este caso se requiere la intervención de

‐ 9 ‐

personal para localizar y aislar el punto donde se ha producido la avería. La duración de la

interrupción en estos casos depende de la magnitud de los daños y de las posibilidades de

alimentación por otros puntos de los que dispongan los clientes. En ciertos puntos

estratégicos, los elementos de apertura y cierre están controlados de manera remota desde

los despachos de control y operación de las empresas distribuidoras. De esta manera, se puede

reconfigurar parte de la red sin necesidad de desplazamiento del personal local y permite

reducir el tiempo de interrupción para ciertos clientes.

La siguiente ilustración muestra un esquema simplificado de media tensión (MT) en el

cual la red se explota en configuración de anillo abierto y permite explicar los mecanismos de

reposición anteriormente citados. Inicialmente la red se explota con el interruptor B del centro

de transformación (CT) 3 abierto. En caso de una avería en el cable que entre el CT4 y el CT5,

estos dos quedarían sin suministro.

Ilustración 3: Ejemplo de reposición en red en anillo abierto

El primer intento de reposición correspondería al reenganche automático del

interruptor de cabecera de la línea 2 al cabo de pocos segundos y otro intento al cabo de un

minuto aproximadamente. Como en este ejemplo se trata de una falta permanente, cada

intento de reposición resultaría en una nueva apertura del interruptor de cabecera. En este

caso en el que se dispone de telemando en el CT4, se abriría en remoto el interruptor A desde

el despacho de maniobras y haría un nuevo intento de cierre del interruptor de la L2 por si la

‐ 10 ‐

avería hubiera estado localizada en el tramo entre los CT3 y CT4. Como no es así, en remoto se

dejaría abierto el interruptor B y se cerraría el A mientras que el equipo de operación local, iría

al CT3 y cerraría el interruptor B. Así en CT4, quedaría nuevamente alimentado. Después, el

equipo se desplazaría al CT5 e intentaría reponer el servicio primero abriendo el interruptor B

y cerrando en interruptor de la L2. De esta manera, el CT5 quedaría también con suministro y

estando aislado el tramo en avería se procedería a las labores de reparación del cable.

2.2. Huecos de tensión

Según la UNE 50160, un hueco de tensión es una disminución brusca de la tensión de

alimentación a un valor situado entre el 90% y el 1% de la tensión declarada Uc ,seguida de un

restablecimiento de la tensión después de un corto lapso de tiempo. Por convenio un hueco

dura entre 10 ms a 1 min. La profundidad de un hueco de tensión es definida como la

diferencia entre la tensión eficaz mínima durante el hueco de tensión y la tensión declarada.

Las variaciones de tensión que no reducen la tensión de alimentación a un valor inferior al 90%

de la tensión declarada no son consideradas como huecos de tensión. En el siguiente capítulo

relativo a la normativa, se especifica exactamente cómo se mide un hueco de tensión.

La caída de tensión puede afectar a una o a varias fases. Al tratarse de un fenómeno

complejo, se resume la información indicando únicamente la máxima caída de tensión de

cualquiera de las fases y la duración total del hueco de tensión. Para calcular esta duración se

considera que el hueco comienza en el momento en que el valor eficaz de una de las fases cae

por debajo del umbral establecido para la medida de huecos y que termina cuando la última

de las tres fases recupera el valor normal.

Aunque ocasionalmente pueden producirse huecos de tensión por el arranque de

grandes cargas, la causa principal de los huecos de tensión son las faltas en líneas

eléctricamente próximas.

‐ 11 ‐

El siguiente ejemplo muestra un caso típico.

Barras de Alta Tensión

Barras de Media Tensión

Transformador AT / MT

Interruptor de línea 1

‐ 12 ‐

Ilustración 4: Ejemplo de hueco de tensión en cliente por cortocircuito en línea del mismo embarrado

La corriente durante un cortocircuito es muy elevada, sin más limitación que la debida a

la impedancia de la red hasta el punto de la falta. Este cortocircuito es despejado por el

interruptor de cabecera de la línea 2, en un tiempo que oscila normalmente entre 60

milisegundos y 1 segundo. Durante ese tiempo la tensión en el punto de la falta desciende

prácticamente a cero, mientras que en los puntos próximos se producen caídas de tensión

proporcionales a la distancia eléctrica a este punto. El siguiente gráfico compara las tensiones

en los dos puntos del sistema:

CLIENTE

Interruptor de línea 2

Cortocircuito

V

t1 t1

t1 t2

t2

Interrupción en un punto de la línea 2

Hueco de tensión en un cliente de la línea 1

tiempo

tiempo

t1: Instante de aparición del cortocircuito en la línea 1

t2: Instante de desaparición del cortocircuito en la línea 1

V

Ilustración 5: Comparación de las tensiones en los dos puntos del sistema

Un hueco de tensión comienza cuando se establece el cortocircuito en otra línea

(instante t1), y termina cuando el sistema de protección despeja la falta (instante t2). Por tanto

su duración no tiene nada que ver con el tiempo de interrupción de la línea que ha sufrido la

falta. La duración del hueco de tensión que se observaría en el cliente de media tensión del

ejemplo dependería de que elemento provocara el disparo. Las líneas de media tensión suelen

disponer de protecciones de sobreintensidad que combinan un elemento instantáneo para

faltas de gran magnitud y uno temporizado para faltas de pequeña corriente. En caso de un

disparo por el elemento instantáneo el hueco duraría entre 60 y 140 milisegundos, mientras

que si el valor de la corriente de falta se encuentra por debajo del ajuste del instantáneo, el

elemento temporizado actuaría en un tiempo que suele estar comprendido entre 400 y 800

milisegundos. Aunque existen otros tipos de protecciones, la mayoría de los huecos de tensión

tiene una duración de un orden de magnitud similar, comprendida entre 20 milisegundos y 1

segundo.

Para entender cómo se transmite un hueco de tensión a través de la red, se podría decir

que en caso de cortocircuito el sistema eléctrico aporta toda la energía que puede al punto de

la falta, retirándola de los puntos eléctricamente próximos. El concepto de proximidad

eléctrica tiene que ver con la impedancia de la red y no tanto con la distancia física a la falta.

‐ 13 ‐

Por otra parte los transformadores tienen efectos diferentes en función de si el hueco tiene su

origen en el lado del primario o del secundario: Los huecos de tensión se transmiten de alta

hacia baja, si bien el grupo de conexión tiene cierta influencia mientras que de baja hacia alta

los huecos de tensión se atenúan. De este modo, un punto de la red de muy alta tensión

situado a cientos de kilómetros de distancia puede estar eléctricamente más próximo, y por

tanto producir un hueco de tensión mayor, que un punto situado a cientos de metros pero que

se alimenta de otro transformador.

Ilustración 6: Cortocircuito en una línea de MT

En el esquema anterior se puede ver como se transmitiría un hueco de tensión y la

profundidad del mismo en diferentes puntos de la red. En la línea donde ha ocurrido el

cortocircuito habría una bajada de tensión prácticamente total si la falta fuera franca a tierra.

El hueco de tensión de la barra 2 (B2) se vería atenuado por la caída de tensión de la línea 2.

Suponiendo una red de AT de impedancia prácticamente infinita, la caída de tensión en las

barras de AT (B0) sería muy pequeña. Esta pequeña caída de tensión se transmitiría idéntica a

la barra 1 y a los clientes que de ella tomasen. Los gráficos siguientes muestran los diferentes

huecos.

‐ 14 ‐

Ilustración 7: Transmisión de un hueco en MT

En cambio si el hueco proviene de un cortocircuito en un punto de AT en hueco se

transmitiría con la misma profundad a todas la barras de MT.

Ilustración 8: Transmisión de un hueco en AT

Entre todos los elementos que se han definido como eléctricamente próximos,

determinan un área de influencia, es decir el conjunto de elementos en los que si se produce

un cortocircuito este provocaría un hueco de tensión en un punto concreto de la red. La

cantidad de elementos que se encuentran incluidos en el área de influencia de un punto

concreto depende de la topología concreta de cada lugar, pero suele incluir decenas o cientos

de kilómetros de líneas de media tensión y cientos o miles de kilómetros de líneas de alta y

muy alta tensión. En el siguiente gráfico se ve el monitor de simulación de huecos de tensión

en el sistema de muy alta tensión (MAT) de Red Eléctrica de España, con una simbología de

colores que caracteriza el área de influencia de un cortocircuito en un punto cualquiera de la

red.

‐ 15 ‐

Ilustración 9: Simulación del área de influencia de un cortocircuito en la red de REE

2.3. Variaciones de tensión

La UNE 50160 define la variación de tensión como un aumento o disminución de la

tensión provocada normalmente por variaciones de carga. En el siguiente capítulo relativo a la

normativa, se especifica exactamente cómo se miden las variaciones de tensión.

Si el sistema eléctrico no tuviese cargas, las tensiones en cada punto de la red

dependerían únicamente de las relaciones de transformación de los transformadores que

existieran en la red. Sin embargo, la conexión de cargas a la red eléctrica produce una

circulación de corriente. Es precisamente esta corriente la que produce caídas de tensión, al

circular por ella cada una de las impedancias del sistema, debido a las características de las

líneas y transformadores. Por otra parte, si la carga fuera constante la caída de tensión en la

red también lo sería y en consecuencia no se producirían fluctuaciones de tensión.

Ilustración 10: Esquema unifilar general de conexión de un cliente de MT

‐ 16 ‐

Ilustración 11: Esquema unitario equivalente del ejemplo anterior

Como se puede observar en el esquema anterior, si la carga fuera constante, las

respectivas caídas de tensión serían constantes y tan sólo dependerían de la tensión de la red

de AT.

Pero las cargas no son constantes. Se producen fuertes variaciones de consumo a lo

largo del tiempo. El consumo en verano no es igual que en invierno y no es lo mismo de día

que de noche o en días laborables o festivos. La situación en sistemas industriales empeora, ya

que las variaciones se producen entre los distintos períodos productivos y pueden durar

segundos, por arranque de motores, u horas en caso de procesos largos.

En la red eléctrica las variaciones de tensión suelen ser debidas al conjunto de las cargas,

ya que rara vez una carga individual representa una potencia importante respecto a la

capacidad de carga del sistema. Sin embargo, existen variaciones de carga en todos los niveles

de tensión. Cuando se refiere a grandes variaciones de carga en un cliente concreto, es muy

importante tener en cuenta que cuanto menor es el tamaño del transformador mayor es su

impedancia. Por su parte, las líneas presentan más impedancia cuanto menor es su tensión.

Desde un punto de vista práctico, esto quiere decir que las impedancias dentro de un cliente,

representadas en el gráfico de forma simplificada como impedancia del transformador del

cliente, son mucho mayores que las de la red, debido a su menor nivel de tensión y

dimensiones. En consecuencia, se producen grandes variaciones de tensión dentro de los

clientes, que se suman a las que provienen de la red.

‐ 17 ‐

El ejemplo siguiente muestra claramente esta proporción de caída de tensión al pasar

los parámetros a unidades unitarias:

² (1)

² (2)

1 . . (3)

2 . . (4)

2 . . 2 . . x 2 . . x

(5)

Por lo tanto si suponemos una potencia base en MT 50 veces superior a la de BT

tendremos:

‐ 18 ‐

Ilustración 12: Paso de a valores unitarios referidos a MT

Por lo tanto, la caída de tensión sería 50 veces superior en el lado de BT que en el lado

de MT.

0,1

0,08

0,1 x 50

0,08 x 50

Z1pu

Z2’pu

0,1

0,08

Sb

Sb 0,1

0,08

Z1pu Sb

Z2pu Sb’

‐ 19 ‐

independientemente cada nivel de tensión ya que

existen o variaciones de tensión, en todos los niveles de

tensión. sistemas de muy alta tensión (superior a 100 kV). Para

bajar carga se introducen reactancias, que se conectan de

noche. tensión y los transformadores de alta a

media carga. El sistema mide la tensión en barras

de la toma del transformador cuando la tensión está baja, o

bajar esta manera se corrigen las variaciones de tensión en

unos dado por la capacidad electromecánica del cambiador

de es la toma del transformador de media tensión a baja

tensión. La mayoría son de toma fija y en carga, siendo por lo tanto

necesaria su parada para modificarla. Normalmente, una única toma es suficiente para todo el

año si bien en algunos lugares con gran diferencia de consumos dependiendo de la

estacionalidad, puede ser necesaria su modificación un par de veces al año.

.4. Armónicos

La UNE 5016 tensión armónica como una tensión sinusoidal cuya frecuencia es

un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la tensión de alimentación.

Cuando se habla de un problema armónicos, realmente se habla de una distorsión de

la forma de onda. Sin das es muy complejo.

Para simplificar este problema de cálculo se utiliza un desarrollo en series de Fourier tal y

como se ilustra en la figura: cualquier forma de onda periódica puede ser descompuesta en

una onda senoidal de una frecuencia fundamental más una serie de ondas senoidales de

frecuencia múltiplo de la fundamental.

Las compañías eléctricas regulan

variaciones de carga, y por tant

El primer paso oma en los

la n en momentos baja

Los transformadores de muy alta

tensión disponen de regulación de

su y ma sub na

una toma si la ten alta. De

pocos minutos, tiempo que viene

tomas. El último paso de regulación

se t

tensió de

tensión a alta

tomas en

bestación nda ir u

sión está

no se puede modificar

de

2

0 define

embargo, hacer cálculos con señales distorsiona

‐ 20 ‐

Ilustración 13: Desarrollo en serie de Fourier

cálculos se

consid

onic Distorsion). Este cálculo matemático puede ser

aplicado a cualquier señal. Así, se pueden obtener armónicos de tensión o de corriente según

la señal que se esté analizando.

Es evidente que, aplicando este sistema, cualquier señal que se analice tendrá un cierto

contenido en armónicos. La cuestión no es si una instalación tiene armónicos (que los tiene),

sino si el nivel de armónicos es suficiente para causar problemas a los equipos o procesos que

componen la instalación. La siguiente ilustración muestra la descomposición de una onda de

tensión.

Como en Europa, la frecuencia de la tensión eléctrica es 50 Hz, en los

era que ésta es la frecuencia fundamental y, en consecuencia, las frecuencias múltiplo

son 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, etc. A cada onda de estas frecuencias múltiplo de 50 Hz se le llama

armónico. De esta manera, cualquier señal de 100 Hz se considera un 2º armónico (o armónico

de orden 2), la señal de 150 Hz sería un armónico 3º y así sucesivamente. A la suma

(cuadrática) de todos los armónicos se le llama distorsión armónica total, pero se la conoce por

sus iniciales en inglés THD (Total Harm

‐ 21 ‐

os perturbadores y equipos sensibles.

a este tipo de funcionamiento dividir las cargas eléctricas se pueden dividir en dos

tipos:

• Cargas lineales. Aquellas que consumen una corriente senoidal. No generan

armónicos, e incluso pueden amortiguarlos. Las principales son:

o Motores de corriente alterna conectados directamente a la red.

Ilustración 14: Descomposición en armónicos de una onda de tensión

El comportamiento de los equipos eléctricos es muy diverso. Hay equipos muy sensibles

a los armónicos y otros prácticamente inmunes, los hay fuertemente generadores de

armónicos y otros que los absorben y eliminan. Todos estos equipos se encuentran

interconectados entre sí, en mayor o menor grado, a través de la red eléctrica. En estas

condiciones, el funcionamiento correcto de una instalación eléctrica se puede considerar una

cuestión de equilibrio entre equip

Los generadores que alimentan a la red eléctrica producen una tensión senoidal que se

puede considerar pura. Las líneas y los transformadores del sistema de transporte y

distribución no distorsionan la tensión de forma apreciable. En realidad, los armónicos se

deben a que una parte de las cargas eléctricas no tienen un comportamiento lineal. De

acuerdo

‐ 22 ‐

o Resistencias.

• Cargas no lineales. Aquellas cuya corriente no es senoidal y son por tanto generadores

de armónicos. En este grupo se encuentran:

o Rectificadores monofásicos. Se utilizan en pequeños equipos electrónicos.

Emiten principalmente armónico 3º y en menor medida otros armónicos impares.

o Rectificadores trifásicos. Equipos electrónicos de potencia (variadores de

velocidad de alterna o continua, hornos de inducción, etc.). Los principales armónicos

son 5º, 7º, 11º y 13º.

o Equipos basados en el arco eléctrico (hornos de arco, soldadura por arco y

lámparas de descarga). El armónico principal suele ser el 3º, si bien emiten todo el rango

de armónicos, tanto pares como impares.

o Algunos equipos especiales que utilizan transformadores o motores saturables.

Los principales armónicos emitidos son el 3º y el 2º, aunque también aparecen otros

armónicos.

La evolució progresivamente

sustituidas por cargas no lineales; por ejemplo al sustituir un motor con arranque estrella‐

triáng

cer cálculos, se divide

esta corriente en sus componentes armónicas y por eso se suele decir que las cargas

pertur

icas buscan los caminos de mínima impedancia para circular. Se habla de impedancia,

n de la tecnología hace que las cargas lineales sean

ulo por un motor con variador de velocidad o al reemplazar las lámparas de

incandescencia por otras de descarga. Como consecuencia cada vez hay más cargas

perturbadoras y menos cargas que amortiguan los armónicos, con el consiguiente

empeoramiento del nivel de armónicos.

En resumen, se puede decir que la causa de los problemas de armónicos son las cargas,

que tienen un consumo de corriente distorsionada. Para medir, o para ha

badoras “emiten” corrientes armónicas.

Las corrientes armónicas circulan por la red de forma algo diferente a la corriente de

carga. Para explicarlo de una manera sencilla, toda la corriente fundamental es producida por

los generadores y consumida por las cargas. Sin embargo, las corrientes armónicas son

producidas por las cargas y circulan hacia los generadores o hacia otras cargas. Las corrientes

armón

porque en el caso de los armónicos es importante distinguir entre resistencia, capacidad e

inductancia.

‐ 23 ‐

que los armónicos son ondas senoidales de frecuencia distinta

proporcionalmente al orden del armónico.

ncias respecto de la frecuencia

s armónicos.

Hay que tener en cuenta

a la fundamental:

• La reactancia de una inductancia sube

• La reactancia de una capacidad es inversamente proporcional al orden del armónico.

• La resistencia es independiente de la frecuencia.

La siguiente gráfica muestra esta relación con la frecuencia.

Ilustración 15: Variación de las impeda

De manera esquemática, estos comportamientos diferenciados hacen que:

• Los armónicos de orden bajo (corrientes de baja frecuencia) circulen preferentemente

hacia los generadores, que a frecuencias bajas presentan menos impedancia.

• Los armónicos de orden alto circulan preferentemente hacia los condensadores.

• Las resistencias existentes consumen los armónicos en forma de calor, amortiguando

el efecto de lo

‐ 24 ‐

. A su vez, armónicos provenientes de diferentes cargas se pueden sumar

s, al

Resumiendo, se podría asumir, de forma simplificada, que los generadores son fuentes

de te s, mientras que las cargas

perturbadoras son fuentes de corriente armónica cuya circulación por la red da lugar a una

tensión. La suma de ambas tensiones, fundamental y armónica, da lugar a la tensión real de la

instalación eléctrica.

El problema que existe con los armónicos se ve empeorado de forma muy significativa

cuando ocurre el fenómeno de resonancia. Siempre que en un sistema eléctrico coexisten una

inductancia y una capacidad existe un punto de resonancia.

Tal y como se ha comentado en el capítulo anterior, el valor de la reactancia de los

condensadores y las inductancias varía con la frecuencia. Suponiendo que la instalación existe

una inductancia y una capacidad, cualquiera que sean sus valores habrá una frecuencia para la

que la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva tengan el mismo valor. Esa es su

frecuencia de resonancia.

Dependiendo de la manera de conexión de la capacidad y la inductancia darán lugar a

una resonancia denominada serie o paralelo:

• Conexión serie: La impedancia del conjunto LC tiende a cero. Se denomina resonancia

serie.

Así, diferentes armónicos generados por la misma carga se distribuyen a puntos

distintos de la red

para circular por un mismo punto de la red o instalación eléctrica. Las corrientes armónica

circular por estas impedancias producen tensiones armónicas, es decir una distorsión de la

tensión.

nsión de 50 Hz que dan la corriente exigida por las carga

10

(6)

• Conexión paralelo: La impedancia del conjunto LC tiende a infinito. Es conocida como

resonancia paralelo.

1 ∞ (7)

Resolviendo la ecuación, en ambos casos la frecuencia de resonancia viene determinada

por la fórmula:

1 (8)

No se puede decir que un tipo de resonancia sea mejor o peor que la otra. En realidad lo

importante es si los circuitos están diseñados para funcionar con estas resonancias o no. Las

resonancias serie atraen las corrientes de la frecuencia resonante. Por ese motivo se utilizan

los montajes LC serie como filtro de armónicos de manera intencionada. Sin embargo, en un

sistema eléctrico se pueden formar inadvertidamente circuitos resonantes que atraen

armónicos produciendo daños o problemas de funcionamiento. Las resonancias paralelo

recha

mas de resonancia cuando a una frecuencia concreta coinciden las

dos cosas: que existe una carga que genera una corriente alta y la impedancia del sistema

tambi

paralelo que se produce en las instalaciones

sadores que se instala para compensación de la energía reactiva. Desde el punto de

vista de la corriente armóni dores y el transformador se

encuentran en paralelo. Por ncia a una frecuencia determinada y

existen tres posibilidades:

emite armónicos. Evidentemente, no habrá problemas de armónicos

aunque haya una resonancia paralelo.

• La carga emite incide la frecuencia de

resonancia. Para las frecuencias ia es baja. Por consiguiente,

la distorsión de la tensió

zan las corrientes armónicas dando lugar a grandes distorsiones de tensión. La mayor

parte de las veces sucede de forma indeseada, sin embargo se pueden diseñar filtros que

aprovechen esta característica.

Siempre que hay una inductancia y una capacidad existe una resonancia en alguna

frecuencia. Puede ser una fuente de problemas, pero no siempre lo es. Los problemas más

importantes aparecen cuando se producen fuertes distorsiones de tensión, es decir niveles

altos de armónicos en tensión. Esta tensión no es más que el producto de la corriente por la

impedancia. Existen proble

én es alta.

El caso más típico es la resonancia

alimentadas a media o alta tensión, entre la inductancia de los transformadores y la batería de

conden

ca emitida por carga, los condensa

tanto tenemos una resona

• La carga no

armónicos de una frecuencia que no co

emitidas por la carga, la impedanc

n es baja.

con

‐ 25 ‐

‐ 26 ‐

sión de la frecuencia de resonancia e distorsiona de la alimentación a los

equipos alimentados en ese sistema.

lo largo de la vida de una instalación pasar por las tres etapas, bien sea por

la sus

lo se complica en las instalaciones con un gran número de

eleme

retensiones temporales

superior de tensión no existe como tal, dándose valores

través de una impedancia, y de 2,0 veces la tensión de

ras 2 fases.

• La carga emite armónicos de una frecuencia que coincide con la de resonancia. Se

produce una ten qu

es posible A

titución de cargas lineales por cargas perturbadoras, o por modificaciones en la

transformación o en los condensadores que cambien la frecuencia de resonancia. Es más, es

posible que en una instalación convivan las tres circunstancias. Un caso típico es el que se da

en sistemas con baterías de condensadores automáticas (sin sintonizar). Este sistema se suele

utilizar cuando la carga, y por consiguiente la emisión de armónicos, es variable. Como

consecuencia, con un mismo transformador y por tanto una inductancia fija, tenemos varios

valores posibles de capacidad y otras tantas frecuencias distintas de resonancia. En minutos se

puede pasar de tener problemas de armónicos a no tenerlos sin cambios aparentes en la

instalación. De nuevo, el cálcu

ntos y muchas configuraciones posibles, lo que hace necesario el uso de un programa de

simulación de armónicos para analizar el sistema.

2.5. Sob

En la norma UNE‐EN‐50160 se define como una sobretensión, de duración

relativamente larga, en un punto dado, sin establecer mayores límites.

Las sobretensiones temporales se asocian con faltas a tierra en el sistema eléctrico de

distribución, y con desconexiones de grandes cargas o conexiones de determinados elementos

en la red. Vienen a ser formalmente el "simétrico de un hueco respecto a la tensión de

referencia", sólo que el límite

indicativos, de un máximo de 1,7 veces la tensión de referencia, para el caso de redes con

neutro unido a tierra directamente o a

referencia para el caso de neutro aislado o resonante.

La siguiente gráfica muestra las formas de onda de una sobretensión temporal en la fase

3 acompañando un hueco en las ot

‐ 27 ‐

de

las faltas a tierra pueden provocar

elevaciones de tensión de la tierra en puntos cercanos a la falta y a la subestación. Cuando la

falta se produce en sistemas de MT o AT, esto puede dar lugar a severas sobretensiones

temporales en sistemas de baja tensión referenciados a tierra en los puntos que experimentan

las citadas elevaciones de tensión de tierra. En otras ocasiones, el aumento de la tensión en

n en las restantes. Es el caso, por ejemplo,

de ins c r o

en ser producidos por

gener

Ilustración 16: Forma de onda de una sobretensión temporal en la fase 3

Desde este punto vista, se podría considerar sobretensión temporal cuando la

tensión fuera superior al 110% sobre la tensión de referencia, y su duración tuviera límites

análogos a los de los huecos de tensión. Además,

una o más fases no conlleva un descenso de tensió

tala iones con cogeneración, en el t ansitori de desconexión del interruptor de red y

acomodación del grupo al consumo interno de fábrica; también pued

adores aislados de la red; o por cualquier tipo de alimentación en general, cuando se

desconecta una gran carga y durante el transitorio para acomodar el sistema a una nueva

situación.

Las sobretensiones temporales se caracterizan por su duración y la tensión máxima

alcanzada durante el aumento de tensión, en valor porcentual sobre la tensión de referencia.

‐ 28 ‐

2.6. Sobretensiones transitorias

Según la UNE 50160 corresponde a una sobretensión oscilatoria o no, de corta duración,

generalmente fuertemente amortiguada y cuya duración no excede de algunos milisegundos.

Por su amplitud y duración, las sobretensiones transitorias tienen que ser analizadas a

partir de valores instantáneos de la amplitud de la onda de tensión y no mediante valores

promediados. Estas perturbaciones pueden manifestarse en cualquier punto de la red y a

cualquier nivel de tensión. A partir de ese punto se desplazan a lo largo de la misma con la

misma velocidad de propagación de una onda en un medio conductor. Por ello, en la práctica,

suele considerarse que aparecen en todos los puntos de dicha red, en el mismo instante en

que son generadas, aunque con parámetros diferentes, especialmente en su valor de pico y,

por tanto, en su da del punto de

generación.

Según su forma las sobretensiones transitorias se clasifican en:

• Valor de pico: Es el valor máximo/mínimo alcanzado. Para impulsos bipolares u

se

pueden expresar en valor absoluto alcanzado o como diferencia entre el valor al

inicio del impulso y el valor máximo/mínimo.

• Duración: Es la diferencia de tiempo entre los instantes inicial y final del impulso. Para

impulsos unidireccionales, en ocasiones, la duración se define como la diferencia entre el inicio

del impulso y el instante en que su valor decae a un 50% del máximo.

• Frecuencia: Corresponde a la frecuencia de oscilación en transitorios oscilatorios.

También es un parámetro que expresa el tiempo de subida de otro tipo de impulsos, al objeto

de relacionarlo con el filtro paso bajo que podría atenuarlo.

energía asociada la cual disminuye conforme se aleja la on

• Simples (impulsos): Cuando presentan un frente de subida y otro de bajada, a partir

del cual y sin oscilaciones posteriores, la tensión vuelve a su valor normal.

• Oscilatorios: Caracterizados por un frente de subida seguido de oscilaciones que van

amortiguándose en un determinado periodo de tiempo.

Los parámetros que caracterizan este tipo de perturbaciones son varios, y la mayoría de

ellos tienden más a determinar el posible efecto del impulso y la forma de mitigación que a

realizar una descripción formal de la perturbación. Entre ellos destacan los siguientes

oscilatorios, en ocasiones, establecen tanto el valor de pico positivo como el de pico

negativo. Se

‐ 29 ‐

o de tensión en una carga o elemento de

protección

Las sobretensiones de origen atmosférico están ocasionadas por los rayos que se

producen durante las tormentas. Como fenómeno físico un rayo equivale a un impulso de

corriente unidireccional, resultado del transvase entre las nubes y el punto de impacto, en un

corto periodo de tiempo, con valores máximos comprendidos entre 10 y 250 kA. La forma de

de microsegundos.

1

Ilustración 17: Características de tensión del impulso tipo rayo

• Energía: Es la energía asociada a un impuls

determinado. En muchas ocasiones se asigna este parámetro al área del impulso de

tensión, expresándose entonces en unidades de V2∙s.

En función de su origen, se pueden distinguir dos tipos de causas o fuentes generadoras

de impulsos de tensión:

• Externas al sistema eléctrico, cuya fuente principal son las descargas atmosféricas o

rayos.

• Internas al sistema eléctrico, cuyas fuentes pueden englobarse bajo la denominación

de maniobras.

onda resultante es muy variada, presentando siempre un frente de ascenso muy rápido, de

unos pocos μs, seguido de un descenso más largo que puede durar decenas

Las descargas pueden ser tanto directas como indirectas. La siguiente figura muestra la

caracterización de las sobretensiones según la IEC 60060‐

‐ 30 ‐

ducir elevación de tensión en las tomas

de tie

ayo sobre un edificio industrial, protegido por su pararrayos y con su

correspondiente puesta a tierra, se produce una elevación de tensión en todo el sistema de

y otras tierras alejadas. Los equipos electrónicos sensibles, conectados entre dos

n fallar ante impulsos de tensión debidos a rayos.

• Acoplamiento debido al campo electromagnético radiado: Un rayo incidente es

equivalente a una antena de gran longitud que radia un campo electromagnético y se acopla

en los conductores que encuentra, generando sobretensiones que se propagan rápidamente

por conducción. Estas sobretensiones se pueden acoplar, asimismo, en otros conductores

próximos al primer afectado.

Las sobretensiones debidas a origen interno son las provocadas por cualquier

modificación brusca del régimen de corriente establecido en un circuito eléctrico, por conexión

o desconexión de cargas o partes del mismo. Si estos eventos se originan en alta o media

tensión, generalmente provocan alteraciones de tensión en las redes de baja, que según las

relaciones, capacitiva e inductiva del transformador, pueden afectar a los equipos conectados

a ellas, si no se toman

La conexión y desconexión de líneas eléctricas mediante seccionadores o

interruptores.

Las descargas directas son aquellas en las que el rayo impacta en algún punto a partir

del cual puede incidir, de forma conducida, sobre la carga sensible de la posible instalación

afectada. Estos impactos directos de rayo, pueden pro

rra. Cuando la onda de corriente descarga por una puesta a tierra, como puede ser el

caso de un impacto de r

tierras. Esta elevación de tensión, que puede ser de bastantes kV, se produce entre la puesta a

tierra local

referencias de tierra, como es el caso de un ordenador conectado al teléfono a través de un

módem, puede

Las descargas indirectas son aquellas en las que el impacto del rayo se produce en un

punto del terreno más o menos alejado e independiente de la instalación industrial que se

analiza. En este caso los efectos son los siguientes:

• Tensiones inducidas en bucles: Es el mismo principio que en el caso de descargas

directas sólo que el impacto del rayo se produce a una cierta distancia de la instalación.

• Distribución de potenciales en el terreno: La corriente inyectada por el rayo en el

terreno supone un aumento de potencial en puntos cercanos, que puede originar diferencias

de potencial peligrosas entre dos tomas de tierra distintas.

precauciones. Las fuentes más habituales son:

•

‐ 31 ‐

ación de contactores, relés y

protecciones.

• Equipos en los que aparecen arcos eléctricos en su funcionamiento, como las

• Puesta en marcha de motores: La conexión del disyuntor o interruptor, en general, no

en el paso por cero de la tensión, sino que habrá una diferencia de potencial entre

los contactos. Cuando esta diferencia es suficientemente alta se puede producir un cebado

móviles que no son simultáneas en

• Encendido de lámparas de descarga.

• Fusión de fusibles.

• La conexión y desconexión de transformadores.

• La conexión de baterías de condensadores en media tensión.

También hay sobretensiones transitorias de amplitud y frecuencias variables,

introducidas en la red por los propios usuarios. Se trata en general de fenómenos de poca

energía pero que, en muchas ocasiones, presentan un frente de onda brusco, con una cresta

que puede alcanzar algunos kV, haciéndolos peligrosos para los equipos sensibles. Pueden ser

debidos a:

• Desconexión de cargas inductivas, como los motores, no sólo por la acción del

interruptor automático o del disyuntor, sino también por la actu

• Conexión de condensadores para compensar el factor de potencia.

• Conmutaciones en dispositivos electrónicos de potencia, debido a los cortocircuitos

momentáneos en el proceso de conmutación.

conexiones eléctricas móviles entre escobillas y aros colectores.

se produce

antes de que los contactos se toquen. Ello da lugar a ondas

las tres fases, que se propagan hacia el receptor y que por reflexión aumentan la sobretensión

en los contactos.

•Maniobras de contactores en general.

‐ 32 ‐

Calidad de Servicio

d

xigibles por los sujetos, consumidores y por los órganos competentes a la

la calidad de servicio según los tres aspectos fundamentales que son:

interrupciones del

racterísticas de la onda de tensión.

lamación.

contabilizan las interrupciones debidas a faltas permanentes en la red; en el

protección y reposición del servicio actúan

.

se clasifica en:

• Calidad zonal referente a una determinada área geográfica.

Para determinar la calidad zonal se distinguen 4 niveles diferentes según las características de

la zona:

• Zona urbana: todas las capitales de provincia y los municipios con más de 20.000

suministros.

• Zona semiurbana: aquellos municipios con un número de suministros comprendido

entre 2.000 y 20.000.

3. Legislación y normativa relativa a la

La calidad de servicio viene definida en el Real Decreto 1955/2000, de 1 de iciembre,

por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y

procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica. En particular, los

artículos 99 a 110 abarcan las características, técnicas y comerciales, inherentes al suministro

eléctrico e

Administración. En el Real Decreto 1634/2006, de 29 de diciembre por el que se establece la

tarifa eléctrica a partir del 1 de enero de 2007, se modificaron los límites de calidad individual.

Se define

• La continuidad de suministro, relativa al número y duración de las

suministro.

• La calidad del producto, relativa a las ca

• La calidad en la atención y relación con el cliente, relativa al conjunto de actuaciones

de información, asesoramiento, contratación, comunicación y rec

3.1. Continuidad de suministro

La continuidad de suministro hace referencia a las interrupciones de más de 3 minutos.

De esta manera se

caso de faltas transitorias, los mecanismos de

automáticamente y por lo tanto no computan

La calidad de servicio

• Calidad individual referente a cada uno de los consumidores.

‐ 33 ‐

entre 200

y 2.000.

• Zona rural dispersa: Conjunto de municipios de una provincia con menos de 200

suministros así como los suministros ubicados fuera de los núcleos de población que no sean

polígonos industriales o residenciales.

conec imo Real

Decreto 1634/2006.

• Zona rural concentrada: aquellos municipios con un número de suministros

Para parametrizar la calidad individual se controlan tanto el número de interrupciones

largas como su duración. La legislación establece un límite de número de interrupciones y de

duración total de las interrupciones sufridas por cada consumidor en el transcurso de un año

natural dependiendo de la zona en la que esté ubicado y el nivel de tensión al que esté

tado. La tabla siguiente resume los límites reglamentarios establecidos en el últ

Baja tensión Media tensión

Número Duración Número Duración

Urbana 10 5 horas 7 3.5 horas

Semiurbana 12 9 horas 11 7 horas

Rural concentrada 16 14 horas 14 11 horas

Rural dispersa 22 19 horas 19 15 horas

Tabla 2: Límites de la calidad individual

a distribuidora debe

sar al consumidor con un descuento en la facturación de 5 veces el precio estimado de

or y el número de horas de interrupción reglamentariamente fijado). Las

el cálculo. Dependiendo de si el cliente se encuentra a tarifa o es cualificado la

Cada año, si se excede alguno de estos límites, la compañí

compen

la energía no suministrada (diferencia entre el número de horas de interrupción del

consumid

interrupciones programadas y las debidas a causa mayor o causadas por terceros, no se

consideran en

fórmula de descuento a aplicar es:

• Descuento en clientes a tarifa:

‐ 34 ‐

o Por número de horas a clientes a tarifa:

o Por número de interrupciones en clientes a tarifa:

DN/8 (10)

5 (11)

(máx 10% facturación anual)

o Por los peajes o tarifas de acceso por el número de interrupciones:

H D


o Por no suministrada por el hor

5 (13)


o Por la en no sumin or el núm interrup

H DN 8⁄ (14)

(máx anua

Do

= potencia media anual

DH = diferencia entre el número de horas de interrupción y el número de horas de

interrup

s

del kWh en el mercado de producción organizado.

5 9


máx 10% facturación anual)

• Descuento en consumidores cualificados:

o Por los peajes o tarifas de acceso por el número de horas:

N 8 12⁄

la energía número de as:

ergía istrada p ero de ciones:

10% facturación

l)

nde:

contratada

ción reglamentariamente fijado.

H = número de horas de interrupción

p = precio del kWh correspondiente a su tarifa contratada

DN = diferencia entre el número real de interrupcione menos el fijado reglamentariamente.

= precio del kWh correspondiente a la tarifa de acceso.

= precio final horario medio anual

‐ 35 ‐

s índices, prevalece el más ventajoso para el

cliente.

La medición de la son el tiempo de

interrupción PI) y el número de

interrupciones equivalente de la p que se

muestran a continuación definen a

En el caso de incumplimiento de ambo

calidad zona ices quel se efectúa en base a dos índ

equivalente de la po en m nsión (TIEtencia instalada edia te

otencia instalada en media tensión. Las ecuaciones

mbos parámetros.

∑∑ (15)

∑∑ 16

Donde:

∑ = suma de la pote T/BT del distribuidor

más la pote

= potencia instalada idor más la

potencia contratada en kVA).

po de interrupción del suministro que afecta a la potencia (en horas).

e el periodo considerado.

a mantener los niveles de calidad zonal asignados a

ividad, calculados como media de la falta de continuidad

cias. Los límites de NIEPI, TIEPI y

percentil 80 del TIEPI vienen fijados por los valores que muestra la tabla siguiente (Real

1634/2006):

ncia instalada de n Mlos centros de transformació

ncia contratada en MT (en kVA).

de los centros de transformación MT/BT del distribu

en MT, afectada por n ( la interrupción “i” de duració

k = número total de interrupciones durant

= tiem

Cada distribuidor está obligado

aquellas zonas donde desarrollo su act

anual del conjunto de municipios agrupados por provin

Decreto

‐ 36 ‐

(horas) (horas) (número)

TIEPI Percentil 80 del TIEPI NIEPI

Zona urbana 1.5 2.5 3

Zona Semiurbana 3.5 5 5

Zona rural concentrada 6 10 8

Zona rural dispersa 15 12 9

Tabla 3: Lím de la ites calidad zonal

Ningún municipio debe s 80 del TIEPI durante más de dos

años consecutivos.

Si las empresas distribuidoras no cumplen con los requisitos de calidad normativos,

n proponer a la Administración competente un programa de actuación temporal que

distribuidoras pueden ser penalizadas. Durante

s citados

rales, 30%

den primeramente las

zonas con peores índices de TIEPI, percentil 80 del TIEPI y NIEPI.

La Orden ITC/3860/2007, de 28 de diciembre, por la que se revisan las tarifas eléctricas

a partir de

uperar el valor del Percentil

debe

permita la corrección de las causas que originen la falta de calidad. En el caso de que dichos

gramas no se materialicen o se retrasen, laspro

este periodo máximo de 2 años, la falta de calidad individual no es computable.

La cantidad anual que se fije en la tarifa para la ejecuc de los planeión

anteriormente se reparte entre las diferentes zonas en un 60% para las zonas ru

par atiena las zonas semiurbanas y 10% para las urbanas. Así mismo se

del 1 de enero 2008 ha establecido para el año 2008, 90.000 miles € como

montante para destinar a la mejora de la calidad de servicio.

‐ 37 ‐

3.2. Calidad de producto eléctrico

La calidad del producto hace cia al conju erísticas a de

tensión, la cual puede verse afectada, principalmente, por las variaciones del valor eficaz de la

tensi errupciones de serv de duración inf a tres minutos, po s huecos

de tensión, por la tasa de distorsión armónica en tensión y las sobretensiones transitorias.

Las características de la forma de la onda de tensión están sujetas a variaciones durante

la ex sistema d alimentación debidas a modificaciones la carga,

perturbaciones emitidas por ciertos equipos, y por la aparición de faltas debidas

princi Las acterísticas varía manera aleatoria l tiempo

con referencia a un punto de suministro dado y también de manera aleatoria en el espacio,

con referencia a un instante da nes, los niveles citados por la

norma n ser sobrepasados alguna vez.

Para la determinación de los aspectos de la calidad del producto se siguen los criterios

establecidos en la Norma UNE‐EN 50160. Su Guía de Aplicación explica que las redes de

distribución deben desarrollarse de manera a conseguir unas adecuadas condiciones de

calidad

el que está

previsto

3.2.1. Interrupciones

Para

registrador trifásico. Es necesaria la utilización de un registrador rápido, capaz de obtener, de

(20 milisegundos). Todo ello

para cada una de las fases. Se considera que hay una interrupción si las tres tensiones bajan a

cero simultáneamente. Para evitar incertidumbres, se suele considerar que la tensión es cero

si baja 1% de la tensión nominal del sistema.

n casos excepcionales en que existen grandes cargas, en el propio cliente o en un

cliente próximo, que pueden aportar energía (grandes motores o generadores) es posible que

a pesar de producirse una interrupción la tensión no cruce el umbral del 1%. Estos casos

referen nto de caract de la ond

ón, por las int icio erior r lo

plotación normal de un e de

palmente a causas externas. car n de en e

,

do. A causa de estas variacio

podría

para el funcionamiento de los equipos de los clientes y al mismo tiempo evitar un

innecesario incremento de los costes de la electricidad. Existe un balance económico entre los

costes atribuibles a conseguir un entorno electromagnético más beneficioso para el

funcionamiento de los equipos conectados a la red de distribución por la mayoría de los

clientes y los costes de conseguir inmunidad de los equipos dentro del entorno en

su utilización y que directamente serían aprovechados por un cliente particular.

determinar las interrupciones se mide la tensión en el punto de conexión con un

manera continua, al menos un valor eficaz de tensión cada ciclo

del

E

‐ 38 ‐

ya que un registrador los interpretaría como

huecos

r

nominal. De acuerdo a ese criterio, la interrupción del gráfico siguiente tendría una duración

requieren unos criterios de medida excepcional,

de tensión. En el siguiente ejemplo se observa cómo una interrupción de suministro da

lugar a una disminución progresiva de la tensión y una pérdida de frecuencia en el punto de

medición dado el gran número de cargas regenerativas del cliente.

Ilustración 18: Interrupción de suministro considerada como hueco de tensión

Se considera que una inter upción es un hueco superior al 99% por lo que su duración se

contabiliza como si de un hueco se tratara. Comienza cuando una de las fases ha alcanzado

una profundidad del 10% y finaliza cuando las tres fases han recuperado el 99% de la tensión

de 770 milisegundos.

‐ 39 ‐

Ilustración 19: Criterios de medición de una interrupción

En el apartado anterior de continuidad de suministro se ha descrito el procedimiento

que marca el organismo

n cuanto a las interrupciones breves, no existe ningún tipo de limitación ya que su

proba

normales de explotación, el número de interrupciones breves de la

tensión suministrada puede variar de algunas decenas a varias centenas. La duración de

aproximadamente el 70% de las interrupciones breves puede ser inferior a 1s.”

regulador para controlar las interrupciones largas.

E

bilidad depende completamente de sucesos aleatorios y su duración de los mecanismos

de reenganche automático que exista en la cabecera de la línea de alimentación y de la

posibilidad de control remoto de los sistemas de cierre y apertura.

La normativa da unos valores indicativos:

“En condiciones

‐ 40 ‐

3.2.2. Huecos de tensión

Para determinar los huecos de tensión se mide la tensión en el punto de conexión con

un registrador trifásico. La tierra no interviene en la alimentación a un cliente, ya que el

sistema de puesta a tierra del cliente es siempre independiente del sistema de puesta a tierra

de la red. Esta puntualización es especialmente importante en la medida de huecos de tensión,

ya que existen transitorios entre fase y tierra que no se transmiten a través del transformador

del cliente. Medir este tipo de transitorios falsea el resultado y el estudio de la sensibilidad del

proceso y de las posibles mejoras del mismo. Por consiguiente, la medida de huecos de

tensiones debe tomar las tensiones entre fases.

Es necesaria la utilización de un registrador rápido, capaz de obtener, de manera

continua, al menos un valor eficaz de tensión cada ciclo (20 milisegundos). Todo ello para cada

una de las fases.

El resultado de la medida puede ser de gran complejidad por lo que es necesari una

simplificación de resultado

Existe un hueco de tensión cuando cualquiera de las fases, aunque sólo sea una, cae

por de

ce más tiempo fuera de márgenes

y

a

s.

•

bajo del umbral establecido. Es decir que aunque afecte a una, dos o las tres fases se

considera un hueco único.

• Un hueco de tensión se define con su momento de inicio, considerado como el

momento en que la tensión cae por debajo de los márgenes normales, y la profundidad y

duración en el peor de los casos:

o Profundidad de la fase con mayor caída

o Duración de la fase que permane

En el siguiente ejemplo se puede observar un hueco de 60ms de duración del 30% de

profundidad.

‐ 41 ‐

Al igual que las interrupciones breves, los huecos de tensión son unas perturbaciones

cuyo origen principal son las faltas que sobrevienen en las instalaciones de los usuarios o de la

red de distribución. Son sucesos completamente aleatorios e imprevisibles. Su frecuencia

depen del tipo de red de distribución y del punto de observación. Su frecuencia

depen an medida las condiciones meteorológicas del año por lo que su distribución en

un muy irregular.

a normativa cita los siguientes valores indicativos:

ir de algunas decenas a un millar. La mayor parte de los huecos de tensión tienen

una duración de menos de un segundo y una tensión retenida superior al 40%. Sin embargo a

veces pueden producirse huecos de tensión de una profundidad y duración superior. En ciertos

lugares, es frecuente que se produzcan huecos de tensión con una tensión retenida entre el

85% y el 90% de Un, que están provocados por conmutaciones de carga en las instalaciones de

los usuarios de la red.”

-12

400

Ilustración 20: Criterios de caracterización de un hueco de tensión

de fuertemente

de en gr

año suele ser

L

“En condiciones normales de explotación, el número esperado de huecos de tensión en

un año puede

000 20

0%

-1000

0050%

Tens

ión

efic

az (%

sob

re n

omin

al)

-8

-200

2

40 60 80 100 120 140

Tiempo (milisegundos)

150%

-600

-400

0

00

Valo

r ins

tant

aneo

(vol

tios)

100%

200%

Valor instananeo de la tensión

Valor eficaz de la tensión

Umbral de hueco de tensión

Comienzo del hueco

Final del hueco

15 valores Valor de 200 ms

Valor de 3 seg

Valor de 10 min.

Inicio del valor de 10 min

3.2.3. Variaciones de tensión

Para medir las variaciones de tensión se sigue la EN61000‐4‐30 “Compatibilidad

electromagnética Parte 4‐30: técnicas e ensayo y de medida. Métodos de medida de la calidad

de suministro”. Se toman valores de forma continua cada 200 milisegundos, que se integran

dando un valor cada 10 minutos. Para la integración se utilizan medias cuadráticas, que

representan el valor eficaz o efecto térmico. El valor resultante integra todos los valores, sin

pérdida de datos. De esta manera se obtienen 1008 valores de 10 minutos cada semana.

te último.

n

Ilustración 21: Criterios de medición de las variaciones de tensión

Según la UNE 50160, en condiciones normales de explotación las variaciones de tensión

no deberían exceder el ±10%. Sin embargo el R.D. 1955/2000 establece que este límite debe

ser el ±7% por lo que prevalece es

En cuanto al método de ensayo establece que:

• Para cada periodo de la semana, el 95% por los valores eficaces de la tensión

suministrada promediados en 10 min deben situarse en un intervalo de U ±10%, y

• Todos los valores eficaces de la tensión suministrada promediados en 10 min deben

situarse en el intervalo +10%/‐15%.

Sin embargo el R.D. 1955/2000 establece que este límite debe ser el ±7% por lo que

prevalece este último.

‐ 42 ‐

3.2.4. Armónicos

Para medir los armónicos de tensión se aplica la definición de la medida básica de

tensión dad en la Norma CEI 61000‐4‐7:2002.

En condiciones normales de explotación, durante cada período de una semana, el 95%

de los valores eficaces de cada tensión armónica promediados en 10 min no debe sobrepasar

los valores indicados en la tabla que se muestra a continuación. Tensiones más elevadas para

un armónico dado pueden ser debidas a resonancias.

‐ 43 ‐

Armónicos impares Armónicos pares

No múltiplos de 3 Múltiplos de 3

Orden del

armónico

Tensión

(% Un)

Orden del

armónico

Tensión

(% Un)

Orden del

armónico

Tensión

(% Un)

5 6,0% 3 5,0% 2 2,0%

7 5,0% 9 1,5% 4 1,0%

11 3,5% 15 0,5% 6…24 0,5%

13 21 0,5% 3,0%

17 2,0%

19 1,5%

23 1,5%

25 1,5%

NOTA: Los valores que corresponden a los armónicos de orden superior a 25, que son

generalmente débiles y muy imprevisibles debido a los efectos de resonancia, no están

indicados en esta tabla.

Tabla 4 s puntos de suministro, hasta el armónico 25

D) que se

%.

: Valores de tensiones de armónicos individuales en lo

expresados en porcentaje de Un

Además, la tasa de distorsión armónica total de la tensión suministrada (TH

define cómo la fórmula que aparece a continuación (comprendidos todos los armónicos hasta

el orden 40) no debe sobrepasar el 8

∑ ² (17)

‐ 44 ‐

nes temporales

evación.

En baja tensión, la sobretensión puede alcanzar el valor de la tensión entre fases a causa

del desp o neutro de la red trifásica, dependiendo el valor real del grado de

desequ la impeda entre el conductor donde se produce la

falt La d stá r el ue ta tecci dia

ten errup máti jar la gener ior a 5 rtas

condicio una f se p duce agu riba de u transforma uede

temporalmente prod bretensio s en el lado ja tensión ntras dure iente

de falta les sobretensiones no sobrepasa genera e el valor 1,5 kV.

E edia tens valor previsto de este sobretensión depende del tipo de

puesta erra de la las redes con neutro a erra, conectad directamente con

impeda , la sobretensión no deberá sobrepasar 1,7 U Para las rede con neutro aislado o

resona la sobretensión no deberá brepasar 2,0 Uc. El tipo de puesta a tierr será

indicad r el distrib

a

etensión temporal

3.2.5. Sobretensio

La metodología de medición es exactamente análoga a la del hueco de tensión pero en

vez de ser una reducción de la tensión es una el

Una sobretensión temporal a la frecuencia de la red aparece generalmente durante un

defecto en la red general de distribución o en una instalación de un cliente y desaparece en el

momento de la eliminación de ese defecto.

lazamiento del punt

ilibrio de carga, y de ncia remanente

a y tierra.

sión y el int

uración e limitada po

co en despe

tiempo q rdan la pro

al no super

ón en me

tor auto falta, en s. En cie

nes, alta que ro as ar n dor p

ucir so ne de ba mie la corr

. Ta lment eficaz de

n m ión, el tipo de

a ti red. Para ti o o

ncia c. s

nte, so a

o po uidor.

En el ejemplo siguiente se observa una sobretensión temporal en la fase 3

compañando en hueco de tensión de las otras 2 fases.

Ilust :ración 22 Ejemplo de sobr

3.2.6. Sobretensiones transitorias

‐ 45 ‐

l contenido de energía de una sobretensión transitoria varía considerablemente según

su ori

ica que el

usuar

nsitorias aparecen en la red de media tensión durante maniobras,

o dire a

s debidas al rayo, pero su tiempo de

subida ede ser más corto y/o pueden durar más tiempo.

3.3. Compatibilidad Electromagnética

De acuerdo con la Comisión Electrotécnica Internacional se entiende por compatibilidad

electromagnética (EMC, Electromagnetic Compatibility) la capacidad de un equipo eléctrico o

electrónico para funcionar satisfactoriamente en su entorno electromagnético, sin introducir

perturbaciones electromagnéticas intolerables a cualquier elemento de dicho entorno.

Para este propósito, se definen unas condiciones normales de funcionamiento y

cualquier equipo debe ser capaz de trabajar en esas condiciones sin alterarlas. Las normas de

La UNE 50160 da solamente un valor indicativo respecto a las sobretensiones

transitorias que pueden acontecer en el sistema de baja tensión:

Las sobretensiones transitorias no sobrepasan generalmente 6 kV (valor de cresta), pero

a veces pueden sobrevenir valores más elevados. El tiempo de subida puede variar de menos de

un microsegundo a varios milisegundos.

E

gen. Una sobretensión inducida debida a un rayo se caracteriza por una amplitud más

elevada y un contenido en energía inferior al de una sobretensión provocada por maniobras,

porque estas últimas duran generalmente mucho más tiempo. Los dispositivos de protección

contra las sobretensiones utilizados en la instalación de un cliente deberían ser elegidos

teniendo en cuenta los niveles de energía más elevados, que son debidos a las sobretensiones

de maniobras que siguen a la eliminación de un defecto. Esto cubrirá las sobretensiones

debidas tanto al rayo como a las maniobras en la red.

En cuando a las sobretensiones en media tensión, la UNE 50160 sólo ind

io debe programar un plan de coordinación de aislamiento compatible con el

distribuidor. Este acometido es llevado a cabo mediante los diferentes manuales técnicos de

las empresas distribuidoras ponen a disposición de los cliente. No indica valores ya que

dependerá del nivel de tensión correspondiente y simplemente indica:

Las sobretensiones tra

ctamente o por inducción, por un rayo. Las sobretensiones de maniobr tiene

generalmente una amplitud inferior a las sobretensione

pu

‐ 46 ‐

yos tipo para simularlas. Sin embargo las

normas

principales a tener en cuenta:

la inmuni

sin degradación en presencia de perturbaciones electromagnéticas, y la segunda a la

generación de perturbaciones que puedan superar los niveles de inmunidad de otros equipos

existentes en el mismo entorno electromagnético.

que padecer

consecuencia del mismo y todo lo que pueda modificar las características electromagnéticas

del medio.

Diversas asociaciones y entidades normativas (CEI, CENELEC, IEEE, UIE, CIGRE, etc.) han

propuesto de

los

a proba ilidad

ser inmunes a un nivel de perturbación dado. Se considera que deben tener un 95% de

probabilidad de ser inmunes al nivel de inmunidad fijado por los niveles CEM. De ello deben

encargarse los fabricantes de equipos, con diseños aptos para funcionar con normalidad con

haber un 95% de probabilidad

que las perturbaciones sean inferiores al límite de emisión fijado por los niveles CEM. En

caso deben controlarse todos los emisores de perturbaciones de forma que no se

sobrepase ese límite en el sistema eléctrico. La siguiente ilustración muestra lo anteriormente

EMC pretenden definir estas condiciones y unos ensa

no cubren todas las posibilidades reales en una instalación.

La compatibilidad electromagnética implica dos conceptos

dad y la emisividad. La primera de ellas hace referencia a la capacidad de funcionar

La emisión de perturbaciones electromagnéticas comprende dos naturalezas: emisiones

radiadas y emisiones conducidas. Ninguna de ellas debe de superar los niveles establecidos.

El entorno electromagnético de un equipo engloba todo aquello que sea susceptible de

generar problemas en él, todo aquello sea susceptible de problemas a

unos niveles CEM para los distintos tipos de perturbaciones de onda de tensión.

Estos niveles coordinan la aptitud de equipos para soportar unos niveles de perturbación, y

los niveles de perturbaciones máximos que deben existir en la red. Por un lado se tiene la

función de probabilidad de la inmunid d de los equipos, es decir qué b tienen de

esos niveles de perturbación. Y por otro lado se tiene la función de probabilidad del nivel de

perturbaciones existentes en el sistema. Se considera que debe

de

este

explicado.

‐ 47 ‐

po, sino también al espacio. Un cierto nivel de perturbación es inevitable, aunque

sea mínimo. Sólo queda determinar cuál es el óptimo económicamente hablando, ya que serán

necesarias inversiones ya sea para disminuir o controlar la emisión de perturbaciones, ya sea

para elevar el nivel de inmunidad de los equipos.

En Europa, la compatibilidad se refiere tanto a la emisividad como a la inmunidad

mientras que en Estados Unidos la normativa sólo fija los niveles de emisividad. Como puede

apreciarse los fabricantes deben tener en cuenta los mercados a los que destinan su

producción y adecuar sus productos a las exigencias normativas y legales de cada país.

Ilustración 23: Niveles de Compatibilidad Electromagnética

Se utiliza el concepto de distribución de probabilidad debido al carácter aleatorio de la

mayoría de las perturbaciones en un sistema. En el caso del suministro de electricidad, se

considera imposible o con probabilidad cero suministrar un producto electricidad perfecto.

Además, los niveles CEM consideran que los límites fijados deben cumplirse el 95% del tiempo,

y en el 95% de los puntos de la red. Incluyen por tanto una componente aleatoria ligada no

sólo al tiem

‐ 48 ‐

Desde el punto de vista del usuario del equipo, la compatibilidad sólo es buena si la

máquina funciona siempre bien, es decir si el cliente rentabiliza la instalación de un nuevo

equipo. Lo que parece obvio, en la práctica implica que la máquina debe de ser compatible

durante un largo periodo de tiempo con un entorno cambiante. Tampoco es suficiente que la

máquina no sufra daños, sino que la producción del cliente no debe ser afectada.

La manera habitual de encarar los problemas de EMC incluye por una parte el diseño de

la máquina y su ensayo en laboratorio y por otra parte la puesta en servicio. En la primera fase

se consideran los requisitos normativos, y en la segunda se resuelven los problemas que

existen en la instalación en el momento concreto se la puesta en servicio. Este planteamiento

no considera muchas condiciones habituales en instalaciones industriales, en especial las de

tipo transitorio.

El objetivo de esta parte del trabajo es mostrar unas pautas generales a considerar por

los clientes industriales a la hora de diseñar sus instalaciones para conseguir minimizar los

efectos de las perturbaciones eléctricas en sus procesos. Dependiendo de la repercusión y el

daño que produzcan las perturbaciones, de la frecuencia de estas dependiendo de la zona

donde se encuentren y sobre todo de la repercusión en cuanto a seguridad y coste, será

decisión del cliente llevar a cabo más o menos número de recomendaciones.

‐ 49 ‐

4. D

uier proceso

produ

mejora proviene del conocimiento de las circunstancias que se dan en cada

caso concreto, ya que las medidas que se adopten deben ser proporcionales a los efectos que

se suf

un tiempo dado,

iempre tiene que tener en cuenta, que las interrupciones son fenómenos fundamentalmente

leatorios, y que pueden variar ampliamente dependiendo de las circunstancias externas. Por

llo, si el cliente requiere una continuidad más estricta que la que quepa prever, deberá hacer

a lo habitual.

Hay que tener en cuenta que una interrupción de una duración dada no siempre se

asemeja a una parada de proceso de la misma duración. De hecho, en la práctica totalidad de

los casos, la reanudación del proceso después de una parada intempestiva suele requerir

tiempos de retirada de material defectuoso, reajustes y puestas a punto de más de una hora.

Además, se debe considerar que los incidentes pueden acontecer tanto en periodos habituales

de trabajo como durante fines de semana, horario de comida, vísperas de días festivos donde

normalmente el personal en planta es más reducido y posiblemente no esté presente la

persona más cualificada para solucionar los problemas que conlleva una parada de proceso.

El cliente también tiene que cuantificar la repercusión en cuanto a:

• Qué implicaciones relativas a la seguridad de las personas tiene.

• Qué daños se producen en los equipos.

iseño general de las instalaciones eléctricas

4.1. Continuidad de suministro

Cualquier interrupción del suministro tiene un efecto perjudicial sobre cualq

ctivo, pero no todos los casos son iguales. Decir que toda instalación debe disponer de su

propio sistema de alimentación ininterrumpida, con capacidad suficiente para mantener toda

la carga instalada es, en la práctica totalidad de los casos, una medida absolutamente

desproporcionada. Por otra parte, no existen las alimentaciones sin riesgo de interrupción.

La primera

ren. Por lo tanto es necesario analizar cuántas interrupciones se producen anualmente y

su duración media. De igual modo que existen unos requisitos normativos de continuidad de

suministro diferentes dependiendo de la zona donde se encuentre el cliente, dependiendo de

las características de la red de la zona y el mayor o menor desarrollo de la red cabrá esperar un

número diferente de interrupciones y de duración más o menos larga. Independientemente

del histórico de interrupciones que un cliente pueda haber sufrido durante

s

a

e

sus estudios como si su probabilidad de acontecer fuera superior

• Qué pérdidas de producción en curso se producen.

‐ 50 ‐

• Qué coste de oportunidad de producto no elaborado se produce.

xtra suponen.

Qué consecuencias en cuanto a imagen o penalizaciones por incumplimiento en plazo

de en

tes

de su Cuanta mayor secreción pueda realizar, las soluciones específicas serán más

ajusta

Ilustración 24: Diferenciación de las partes de los procesos

• Qué repercusiones de mano de obra e

•

trega tiene.

• Etc.

El siguiente ejercicio que el usuario debe realizar es diferenciar correctamente las par

proceso.

das a las necesidades y por lo tanto serán económicamente más viables. De igual modo,

la criticidad de ciertas partes no siempre es la misma. Algunas partes de los procesos por

ejemplo dispone de cierta cantidad de material o producto almacenado, por la repercusión de

una desaceleración parcial de su producto de salida no supone un inconveniente importante.

Así pues, el cliente debe en primer lugar diferencial según su importancia y su sensibilidad qué

partes son críticas y cuáles son sensibles a cualquier variación variaciones rápidas de tensión.

‐ 51 ‐

llas cuya desconexión aunque sea

perior de elementos

dada. Entre estos elementos se

aquellas que por motivos de seguridad o logísticos no pueden interrumpir

Sin embargo su parada momentánea no supone una repercusión en

tiempo de reposición importante.

Con esta primera evaluación se puede determinar en qué elementos se debe actuar

prioritariamente

‐

s

desfavorable en algunos procesos su uso es imperativo por motivos de seguridad. Existen

procesos con partes móviles en funcionamiento que podrían accidentar a un operario si por

cualquier motivo hubiera decidido acceder a algunas de sus partes y el sistema arrancara de

nuevo sin ningún control. En otros procesos, este rearranque de proceso se puede realizar de

manera automática: en muchas casuísticas, el usuario realiza su entrada en manual por un

simple tema de escalonamiento de cargas y no superación de las intensidades pico de

arranque. Sin embargo, este problema se podría solucionar con una temporización de los

mismos y entrada así escalonada y en automático de las cargas.

Dependiendo de la proporción de cargas críticas y sensibles, la solución de

insensibilización de procesos más rentable suele ser inmunizar las cargas sensibles mediante

un sistema de alimentación ininterrumpida ajustado al tamaño necesario combinado con un

grupo electrógeno para reanudar parte del proceso mientras dure la interrupción siempre que

esto sea posible. Aunque esta solución no siempre es viable ya que en algunos procesos al

producirse un cero de tensión la cadena de producción se rompe y no es posible reactivarla de

nuevo, por lo que en ma entero mediante

sistemas de alimentación ininterrumpida industriales.

Normalmente se diferencia por cargas sensibles aque

por una interrupción breve o un hueco conlleva la parada de una serie su

o cuya pérdida de información supone una repercusión

encuentra normalmente los ordenadores, PLC’s, sistemas de control, servicios auxiliares… Las

cargas críticas son

su funcionamiento.

y el alcance de las actuaciones debe ser rentable a medio plazo. En función de

esta rentabilidad deben estudiarse las acciones concretas que pueden ir desde rearrancar el

proceso de manera manual o automática hasta combinaciones de dobles suministros con

transferencia automática y “back ups” de grupos electrógenos y sistemas de alimentación

ininterrumpida redundantes.

Ante una parada fortuita de todo un proceso de producción, la solución más barata es

el rearranque manual del sistema. Si bien a nivel de tiempo de reposición es la má

los casos críticos se debería proteger el siste

‐ 52 ‐

inistro una vez alcanzado el régimen de funcionamiento.

Sería improductivo que por una interrupción breve de 1 segundo, el proceso esperase 10

segundos en alimentarse a través de la alimentación de emergencia y además volviese a sufrir

un paso por cero al pasar a la alimentación de red de distribución.

baja tensión en la instrucción técnica complementaria 40

“Instalaciones Generadoras de Baja Tensión”. Según el reglamento, se califican como

“Instalaciones generadoras asistidas” aquellas en las que existe una conexión con la Red de

Distribución Pública, pero sin que los generadores puedan estar trabajando en paralelo con

ella. La fuente preferente de suministro puede ser tanto los grupos generadores como la Red

de Distribución Pública, quedando la otra fuente como socorro o apoyo. Se deben instalar los

correspondientes sistemas de conmutación para impedir la conexión simultánea de ambas, sin

embargo es posible la realización de maniobras de transferencia de carga sin corte, siempre

que se cumplan los requisitos técnicos siguientes:

• En el momento de interconexión entre el generador y la red de distribución pública, se

desconectará el neutro del generador de tierra.

sistemas e

sin

se podrá mantener la interconexión

más de 5 segundos.

Los grupos electrógenos permanecen parados y arrancan cuando hay un corte de

suministro. Suelen tardar del orden de 10 segundos en alcanzar su régimen de funcionamiento

y conectarse para alimentar las cargas críticas del proceso. Como se acaba de explicar en el

apartado anterior, la mayoría de las interrupciones son de carácter transitorio y quedan

corregidas con el primer reenganche del interruptor de cabecera de la red de distribución. Por

lo tanto, la operación óptima de un grupo de emergencia sería el entrar a alimentar las cargas

críticas sólo si la red sigue sin sum

Existen en el mercado grupos electrógenos con posibilidad de acoplamiento a red cuyo

funcionamiento y requerimientos técnicos de utilización vienen contemplados en el

reglamento electrotécnico de

• Sólo podrán realizar maniobras de transferencia de carga sin corte los generadores de

potencia superior a 100 kVA.

• El sistema de conmutación deberá instalarse junto a los aparatos de medida de la Red

de Distribución pública, con accesibilidad para la empresa distribuidora.

• Deberán incluirse de protección por tensión del gen rador fuera de límites,

frecuencia fuera de límites, sobrecarga y cortocircuito, enclavamiento para no poder energizar

la línea tensión y protección por fuera de sincronismo.

• Dispondrá de un equipo de sincronización y no

‐ 53 ‐

L

desde grupos electrógenos

se evitaría el doble paso por cero, tanto el de paso a isla como el de retorno a red. Los grupos

electrógenos con posibilidad de acoplamiento son muy utilizados en lugares donde el

mantenimiento de los grupos es más exhaustivo y se realizan frecuentemente pruebas en

carga. El ejemplo más común son los hospitales.

rdará más adelante ya que es más utilizada

para las interrupciones cortas.

la fiabilidad de suministro eléctrico es la provisión de dos líneas

isten mecanismos de transmisión automática

le económicamente y

y el sistema admite en el

a ventaja que tienen que tienen dichos grupos frente a los convencionales es que

evitan uno de los 2 pasos por cero en el caso de un incidente sin embargo el primero que

acontece en un momento imprevisible nunca es evitable. Es decir, que en el caso de incidencia

en la red, el cliente percibiría un cero de tensión hasta que el grupo electrógeno haya

arrancado y alcanzado el régimen de giro nominal (alrededor de 10 segundos actualmente).

Sin embargo, una vez la red de distribución restablece sus características normales, el cliente

puede volver a tomar del sistema mediante un acoplamiento transitorio de los grupos

electrógenos con la red y por lo tanto evita la necesidad de volver a pasar por un cero de

tensión. Además, en los casos que se realicen pruebas de los grupos con carga o en labores de

mantenimiento donde es necesario dejar los procesos alimentados

Los SAI estáticos también pueden ser utilizados como solución para asegurar la

continuidad de suministro, siempre que se dote a los equipos de la suficiente autonomía en

baterías de almacenamiento. Sin embargo, a diferencia de los grupos electrógenos, no se

puede aumentar su capacidad durante su descarga añadiendo combustible por lo que ante

una interrupción larga, quedaría limitado a su tiempo de descarga. Este tiempo es en cierta

manera gestionable, ya que se podría alargar deslastrando carga y aumentando así la descarga

para las partes más críticas. La solución SAI se abo

Otro modo de aumentar

independientes de suministro a las instalaciones del cliente de manera que ante el fallo de una

de ellas se pueda conmutar a la secundaria. Ex

que dicho cambio la realizan en automático mediante la supervisión continua de las

características de la red. Sin embargo, dicha solución no siempre es viab

supone inversión en infraestructuras eléctricas en la red de distribución eléctrica. En los casos

posibles, es importante asegurar que dicha conmutación se realiza después del primer

reenganche de la cabecera de línea ya que si la falta es transitoria

primer intento se evita la vuelta a la línea principal con el segundo paso por cero.

‐ 54 ‐

l usuario se puede realizar en tiempo muy

inferiores a los resultantes en caso de necesidad de desplazamiento del equipo de operación

local de

4.2. Calidad de producto eléctrico

Ilustración 25: Conmutación Automática

Existe otra posibilidad que reduce los tiempos de reposición del suministro en el caso de

falta permanente y consiste en la implantación en el centro de transformación del cliente de

mecanismos de control remoto desde el despacho de control de la empresa distribuidora. De

esta manera, al convertirse el cliente en un punto frontera de seccionamiento de la red en

caso de averías, la reposición por telemando de

la compañía. En la actualidad, sólo aquellos puntos de la red estratégicos disponen de

sistemas de telemando, por lo que aunque sea una mejora generalizada de todo el sistema, los

clientes interesados en dotar sus instalaciones con elementos telemandados deben contribuir

en su implantación.

Si bien pudiera parecer que las interrupciones largas son las de mayor repercusión, en

los clientes industriales no suele ser así. Además su frecuencia es relativamente baja respecto

de las relacionadas con calidad de producto eléctrico. En algunas ocasiones es más

desfavorable que se restablezca parcialmente o incontroladamente los procesos que se

detengan completamente. A continuación se describen las prácticas más habituales para la

minimización de los problemas relacionados con variaciones de la onda de tensión.

‐ 55 ‐

4.2.1. Interrupciones breves

Aunque las soluciones aportadas en el capítulo de continuidad de suministro pasan por

solucionar también los problemas que derivan de las interrupciones breves, las faltas

transitorias en las que el suministro queda restablecido en el prime reenganche (menos de 1

segundo) requieren un estudio especial, por ser en muchas ocasiones las perturbación de

mayor frecuencia y gran repercusión en los procesos.

La mayoría de los procesos tiene una parte de control y otra de potencia En muchos de

los procesos la parte de poten sistencias… son procesos con

una

viable

de

de arranque directo o estrella‐triángulo suelen admitir esta

recuperación del régimen de giro nominal. En cambio los que están gobernados por variadores

de velocidad, no siempre lo admiten. Entre las diferentes opciones que ofertan los variadores

de velocidad, muchos modelos ofrecen las siguientes opciones de arranque:

• Arranque manual

o

cort ndo.

ordenan

apertura de elementos principales del sistema cuando no tuvieran porqué hacer. Estos

elementos requieren un estudio más profundo ya que tampoco se puede ver falseada su

funcionalidad, pero normalmente valdría también con que estén alimentados desde una

fuente de alimentación segura junto con un relé de vigencia de tensión temporizado que haga

recobrar las condiciones iniciales en caso de ser una interrupción de mayor duración.

.

cia, con motores, compresores, re

determinada inercia en la que una desaparición puntual e instantánea de la energía fuente

apenas modificaría las condiciones del sistema, si bien, por el hecho de estar gobernada por

autómatas programables o equipos electrónicos estos mandan una orden de parada al percibir

una anomalía en la red. Una solución económicamente muy y materializable en ciertos

casos consiste en ayudar a discernir a la parte control cuándo se trata de una interrupción

corta y cuándo no. Como se apuntaba en el capítulo anterior, es necesario proteger mediante

un SAI el control y dotarlo de un vigilante de tensión que ordene su desconexión en el caso de

que la interrupción sea superior a 1 segundo y el proceso no se pueda recuperar por sí solo.

Los motores asíncronos

• Rearranque automático

• Rearranque “al vuelo”, “volante” o “flying‐start”

Por lo tanto también sería posible recuperar el régimen nominal del proces en un

tiempo relativamente o en el caso de interrupciones de menos de 1 segu

Existen otros elementos tales como contactores e instrumentación de medida (sensores

de temperatura, presión, fondos de carrera…) que frente a interrupciones de cortas

‐ 56 ‐

los procesos, existen sistemas que ante una

en un tiempo inferior a unos 3 min como es el caso en el 70% de los casos el proceso continúa

sin interrumpirse y si es de duración mayor, se evitan las mayores repercusiones.

os SAI estáticos “on‐line” de doble conversión consisten normalmente en un conjunto

de con

los límites que

Dependiendo de las características de

interrupción que previsiblemente se va a alargar en el tiempo optan por proteger sus procesos

mediante sistemas alimentación ininterrumpida con la suficiente autonomía como para

realizar una parada controlada de sus procesos. De esta manera, si el suministro se restablece

Parece lógico pensar que en un sistema de producción, las partes críticas tales como

ordenadores, PLC, sistemas de control etc. vayan siempre protegidos por SAI, sin embargo

cuando se trata de la parte de potencia de un proceso, las soluciones son más costosas y el

estudio de viabilidad es necesario. Existe en el mercado SAI para procesos industriales, de

potencias nominales hasta 2.500 kVA unitarios y siempre de podrían paralelizar para aumentar

su capacidad. Los tipos más extendidos se clasifican en 3 categorías:

• SAI estático “on‐line”

• SAI estático “off‐line”

• SAI dinámico o volante de inercia (“Flywheel”)

L

vertidor/inversor asociados a un sistema de baterías de almacenamiento de energía que

proporciona a la salida del equipo una tensión creada mediante modulación tipo PWM

(“Power Wave Modulation”). Como muestra el esquema siguiente, independientemente de la

calidad de onda a la entrada del equipo, la salida siempre estará dentro de

ofrezca cada fabricante.

Ilustración 26: SAI estático on‐line doble conversión

‐ 57 ‐

na orden de

puesta en marcha a los inversores. De esta forma los inversores toman como entrada la

tensión continua de la batería y generarán una señal trifásica. Esta permutación entre by‐pass

estático e inversores se asegura en un tiempo menor de 4 ms. Por lo tanto, el suministro de

red queda garantizado para cualquier carga que tolere una permutación de estas

características. El siguiente esquema muestra la diferencia de principio entre el SAI “on‐line” y

el SIA “off‐line”.

Ilustración 27: Diferenc ne" y los SAI “on‐line”

Los SAI estático “off‐line” consisten también en una combinación convertidor/inversor

asociados a un sistema de baterías de almacenamiento de energía pero a diferencia del

anterior, en caso de una alimentación correcta y sin defectos, el interruptor estático de “by‐

pass” permanece cerrado, permitiendo así la conexión directa de la carga con la red trifásica

de alimentación. En el momento en el que el sistema de control detecta una perturbación de la

señal trifásica de entrada se envía una orden de parada al by‐pass estático y u

ia en el principio de funcionamiento de los SAI "off‐li

‐ 58 ‐

Ilustración 28: SAI dinámico "Volante de Inercia"

4.2.2. Huecos de tensión

A diferencia de las interrupciones, los huecos de tensión no afectan a todos los equipos

por igual; existen grados de sensibilidad. Así, por ejemplo, en un mismo proceso puede

convivir un equipo muy sensible, que no es capaz de funcionar con un hueco del 15%, con un

equipo poco sensible capaz de funcionar con una caída de tensión del 50% durante unos

cientos de milisegundos. Sin embargo, un proceso es tan sensible como el equipo más sensible

que contiene. A este respecto, los procesos continuos que incluyen gran cantidad y variedad

de eq fallo

En los SAI’s dinámicos a diferencia de en los estáticos, el sistema de almacenamiento de

energía consiste en un volante de inercia que se mantiene rotando sin rozamiento en una

cámara de vacío y que devuelve la energía cinética a la red en caso de hueco de tensión o

interrupción breve de tensión. El tiempo de autonomía depende de la proporción entre la

potencia nominal y la carga que alimenta, pero suele ser de unos 10 segundos

aproximadamente a régimen nominal. Estos sistemas de alimentación interrumpida suelen ir

acompañando a sistemas de grupos electrógenos donde la carga más sensible no admite la

más mínima falta de suministro eléctrico.

uipos son evidentemente los más afectados, tanto por la mayor probabilidad de

‐ 59 ‐

omo por la mayor repercusión de los problemas. Los huecos de tensión pueden producir

princi

mento a cientos de kilómetros de distancia sufriera

ningún fallo y que no se produjeran tormentas, fuertes vendavales o simples accidentes con

grúas excavadoras.

Por tanto, la primera mejora proviene del conocimiento de las circunstancias que se dan

en cada caso concreto, ya que las medidas que se adopten deben ser proporcionales a los

efectos que se sufren. Así es necesario considerar prácticamente los mismos parámetros que

en caso de interrupciones:

• Qué implicaciones relativas a la seguridad de las personas tiene.

• Qué daños se producen en los equipos.

• Qué pérdidas de producción en curso se producen.

• Qué coste de oportunidad de producto no elaborado se produce.

• Qué repercusiones de mano de obra extra suponen.

Con esta primera evaluación mentos se debe actuar

prioritariamente y con el alcance de las actuaciones que debe ser rentable a medio plazo. En

función de esta rentabilidad deben estudiarse las acciones concretas, que en el caso de huecos

de tensión pueden ser cambios en ajustes, automatización de procesos, utilización Sistemas de

uradores de Huecos de tensión (DVR).

Existen relés de mínima tensión que ordenan la apertura de un interruptor en caso de

rebasar un umbral de tensión determinado. Dichas protecciones tienen evidentemente su

de un hueco de tensión en una interrupción. Un ejemplo concreto que se ha detectado es la

actuación de una transmisión automática de una alimentación a otra por un hueco de tensión

provocando así un cero de tensión en el cliente. En estos casos debería revisarse su

programación por ejemplo con un retardo de 1 segundo para no incrementar los efectos de

c

palmente la caída de contactores o relés, el disparo de variadores de velocidad o fallos

de elementos de control.

Al igual que sucede con las interrupciones, se podría decir la solución es disponer un

sistema de alimentación ininterrumpida o de un restaurador de huecos de tensión (DVR de su

nombre en inglés “Dynamic Voltage Restorer”), con capacidad suficiente para mantener toda

la instalación, pero es una medida absolutamente desproporcionada en la mayor parte de los

casos. Por otra parte, hay que ser consciente de que no existen las alimentaciones sin huecos

de tensión. Esto supondría que ningún ele

o

se puede determinar en qué ele

Alimentación Ininterrumpida (SAI) o Resta

función, pero en ocasiones son utilizadas sin motivo y son causa de la conversión de los efectos

‐ 60 ‐

rpretarlo con un corte de suministro.

siones transitorias de correcto funcionamiento de los

antizar que vayan a estar siempre

por e

ntre las diferentes soluciones que existen en el mercado, el DVR es una de las opciones

econó

una perturbación tipo hueco de tensión en los de otra del tipo interrupción breve cuyas

consecuencias mayores. Otro ejemplo de ineficacia es que un grupo electrógeno arranque por

un hueco de tensión al inte

La mayoría de los equipos en el mercado cumplen con la normativa IEEE 446 que

establece unos límites de profundidades y duraciones de huecos de tensión dentro de los

cuales los equipos debieran poder funcionar satisfactoriamente. El siguiente gráfico muestra

estos límites.

Ilustración 29: Límites de huecos de tensión y sobreten

equipos según la IEEE 446

Desgraciadamente, las redes eléctricas no pueden gar

ncima de la línea más baja que se recoge en la figura. Los valores típicos de las

perturbaciones que suelen causar problemas a la industria se sitúan entre 0 – 500 ms en

unidades de tiempo y de un 10 a 45% en la caída de voltaje (excepcionalmente se puede

alcanzar valores de un 55%).

E

micamente más viable. Estos equipos pueden disponer de una fuente de

almacenamiento de energía externa, pero también existen en el mercado equipos sin

almacenamiento todavía más económicos y con menores requerimientos de mantenimiento,

que son capaces de corregir hasta ‐50% de las desviaciones de voltaje de entrada, para ofrecer

un voltaje estable con una respuesta inmediata. Dicha capacidad de compensación cubre la

casi totalidad de los huecos de tensión que suelen acontecer en las redes eléctricas hasta el

valor nominal establecido y los eventos de mayor profundidad son amortiguados hasta valores

que quedan comprendidos por los límites establecidos por la IEEE 446.

‐ 61 ‐

Ilustración 30: Restaurador de Huecos de Tensión

4.2.3. Variaciones de tensión

Lo primero que hay que tener en cuenta es que los equipos no se encuentran

conectados normalmente en el pun ia o alta tensión. Aunque parezca

obvio, existen tres factores que hacen necesario considerar la tensión en el punto de conexión

concreto de cada equipo:

ores de los clientes no tienen regulación en carga, como en el

caso e los transformadores de las compañías eléctricas, y no pueden compensar las

variac

t e s

to de conexión a med

• La tensión en barras de baja tensión del cliente depende no sólo de la tensión en su

punto de conexión, que por otra parte tiene una cierta regulación, sino también de la toma del

transformador o transformadores del cliente. Hay que tener en cuenta que, salvo muy pocas

excepciones, los transformad

d

iones de tensión.

• Se produce una caída de ensión en los transformadores del cli nte, en lo que afecta

especialmente la potencia reactiva del conjunto de las cargas del transformador.

• Se produce una caída de tensión en los cables de baja tensión que conectan las cargas

con el transformador. Esta caída depende de la longitud y sección del cable y es debida

principalmente a la potencia activa de las cargas.

‐ 62 ‐

por mínima o máxima

tensión.

En otras ocasiones existen dificultades para arrancar grandes motores. En este caso se

trata casi siempre de caídas de tensión en las instalaciones del propio cliente, ya que la

potencia del motor es, la mayoría de las veces, pequeña respecto a la capacidad total de la red.

Rara vez se producen daños por sobretensiones o subtensiones a frecuencia industrial,

ya que los valores que se alcanzan no son grandes. En casos muy extremos se pueden dar los

siguientes casos:

• Daños en compon elen afectar a elementos

e poca potencia. Se producen en equipos insuficientemente protegidos contra

sobretensiones.

Daños por calentamiento en elementos de potencia, en especial motores o electrónica

siones severas que obligan a los equipos a

funcionar con corrientes más elevadas para conseguir la misma potencia. Se produce en

equip

Lo más importante cuando existe un problema de tensiones es:

o si por el contrario es interna.

Modificar la explotación alimentando de transformadores distintos las cargas

perturbadoras y las afectadas

El efecto más común de las variaciones de tensión, aunque se trata de un fenómeno

poco frecuente, son los disparos de equipos o procesos por protecciones

entes electrónicos por sobretensiones. Su

d

•

de potencia. Pueden producirse con subten

os que carecen de protección por mínima tensión.

• Determinar si se trata de una variación de tensión proveniente del punto de conexión

• En caso de caídas de tensión internas hay que determinar quién la produce y en qué

elemento cae la tensión: en el cableado o en el transformador.

• Identificar los elementos afectados

En función de la causa, de los equipos afectados y del coste que supongan los problemas

que se produzcan se puede optar por las siguientes opciones:

• Modificar la toma del transformador

• Tender un cable nuevo desde el centro de transformación para la carga perturbadora o

para la carga afectada

•

‐ 63 ‐

ilizar un Sistema de Alimentación Ininterrumpida cuando también existen problemas

de int

que en la mayoría de ocasiones se compra el transformador sin saber la tensión

normal

para poder adaptar la tensión en baja tensión al nivel deseado,

, un transformador podría tener capacidad de regulación en el primario con 3

Ilustración 31: Tomas del transformador

• Utilizar un regulador o estabilizador de tensión para las cargas afectadas, si éstas son

de baja potencia

• Ut

errupciones o huecos de tensión

• Utilizar un transformador con cambiador de tomas en carga para grandes potencias.

Dado

de explotación en el punto de suministro o puesto que ésta puede variar de una

estación del año a otra, es importante que los transformadores elegidos tengan suficiente

rango de regulación

normalmente 400 V entre fases o 230 V entre fase y neutro. Normalmente la regulación viene

determinada en el primario del transformador quedando la tensión del secundario fija. Por

ejemplo en 20 kV

tomas superiores y 3 inferiores de ± 2,5% (21.500, 21.000, 20.500, 20.000, 19.500, 19.000,

18.500) y la tensión de devanado secundario en 400 V. En zonas donde quepa prever una

tensión en el punto de suministro relativamente más baja, se podrían elegir transformadores

con la tensión de secundario 420 V.

‐ 64 ‐

producen principalmente dos tipos de efectos: el calentamiento y

Cuando se habla de calentamiento siempre es en referencia a efectos a largo plazo, que

no afe

Ilustración 32: Distorsión de baterías de condensadores

or su parte, los transformadores sufren un incremento en las pérdidas, por una parte

en el cobre y por otra en el hierro. Hay que tener en cuenta que las pérdidas en el hierro del

transformador son proporcionales al cuadrado de la frecuencia. Este efecto es especialmente

importante en los transformadores secos. En algunos casos los transformadores alcanzan su

temperatura máxima con cargas en torno al 80% de su potencia nominal.

4.2.4. Armónicos

Los armónicos

envejecimiento prematuro de condensadores, transformadores, motores y cableados y fallos

en sistemas de control.

cta al correcto funcionamiento de los equipos.

Los condensadores se deterioran por una excesiva circulación de corriente. La suma de

la corriente fundamental y armónica produce un calentamiento que reduce la vida útil de los

condensadores. Este fenómeno está normalmente asociado a la presencia de resonancias. Las

baterías de condensadores son una de las principales víctimas de los armónicos. La entrada en

funcionamiento de una carga perturbadora puede alterar su funcionamiento de forma

substancial. El siguiente gráfico muestra la distorsión en la forma de onda de intensidad de las

baterías por la entrada en funcionamiento de una carga perturbadora.

las ondas de tensión y de corriente en las

P

‐ 65 ‐

ores de alterna, además del calentamiento por el incremento

de las extr

de los cables se debe al incremento de corriente. Es especialmente

importante en sistemas de 4 hilos con cargas monofásicas perturbadoras. En estos casos,

típicos de edificios de oficinas, el neutro puede llevar una corriente superior a la carga de las

fases debido al armónico 3º. Si además, el cable de neutro es de sección menor que las fases,

como

el paso por cero de la onda para calcular el ángulo de encendido de tiristores, etc. Si la

presencia de armónicos es muy grande, el paso por cero de la onda puede estar desplazado o

incluso pueden darse 2 pasos por cero consecutivos. Como consecuencia de este tipo de

problemas, los equipos electrónicos muy sensibles pueden tener errores de posicionamiento o

simplemente parar el proceso porque no se cumplen las condiciones de tensión programadas

en los equipos. Aunque el problema pueda parecer trivial no lo es, ya que un error de este tipo

puede ser la causa de una parada de producción inesperada. En el siguiente ejemplo, se

observa una onda muy distorsionada donde se aprecia un doble paso por cero.

Ilustración 33: Descomposición armónica

s. Los problemas de

En los motores y generad

pérdidas, se pueden producir vibraciones, que en casos emos pueden requerir un

mayor mantenimiento mecánico.

El calentamiento

ocurría en instalaciones antiguas, se pueden alcanzar temperaturas que dañen el cable.

Los sistemas de control afectados por los armónicos son aquellos que vigilan la forma de

la onda para determinar parámetros de funcionamiento. Por ejemplo, muchos equipos utilizan

Es frecuente la confusión entre armónicos y transitorios. Es importante identificarlos

correctamente porque ni tienen el mismo origen ni las mismas solucione

‐ 66 ‐

armón

lisegundos.

Ilustración 34: Diferencia entre un impulso de tensión y una tensión distorsionada armónica

Si de acuerdo a los síntomas descritos en el punto anterior aun no lo tenemos muy claro,

podemos realizar una medida.

Para definir la medida de armónicos existe una norma muy completa (UNE EN 61000‐4‐7

ó IEC 61000‐4‐7). Sin embargo se pueden llevar a cabo medidas útiles con equipos de medida y

métodos más sencillos:

• Si nuestros problemas de armónicos dan lugar a calentamientos, es conveniente una

medida larga, que represente el funcionamiento normal de la instalación.

• Si buscamos fallos de funcionamiento en equipos de control es más recomendable la

utilización de otro tipo de equipos, que disponga de un arranque por nivel de armónicos o

distorsión de la forma de onda.

icos se deben al funcionamiento prolongado de cargas perturbadoras en su condición

normal de funcionamiento. Por su parte, los transitorios se deben a conmutaciones o a rayos y

tienen una duración máxima de mi

Es conveniente tener en cuenta esta diferencia, porque problemas tales como disparos

de diferenciales o daños en equipos con fallo de aislamiento suelen achacarse erróneamente a

la presencia de armónicos. Los armónicos no se derivan a tierra de manera reseñable, ni

suelen provocar sobretensiones comparables con los niveles de aislamiento de las

instalaciones eléctricas.

‐ 67 ‐

necesarias ya que se suele tratar de cargas

conoc

r c P

sada por los equipos perturbadores debe ser inferior a dicho nivel de

armónicos. De esta manera se pretende conseguir que los equipos que comparten una red

sean compatibles entre sí.

Armónicos impares Armónicos pares

Para saber si el nivel de armónicos es alto o bajo se mide únicamente en la distorsión de

la tensión. Las medidas de la corriente son útiles principalmente para localizar y caracterizar la

fuente de armónicos, aunque no suelen ser

idas de gran potencia. Para discernir si el nivel de distorsión armónica es aceptable, se

puede consultar las normas de CEM que fijan los valores normales para los cuales los equipos

debieran funcionar satisfactoriamente. De acuerdo a las normas elaboradas según este

principio, cualquie equipo debe ser capaz de funcionar con un cierto nivel de armóni os. or

su parte la distorsión cau

No múltiplos de 3 Múltiplos de 3

Orden

armón.

Tensión

(% Un)

Orden

armón.

Tensión

(% Un)

Orden

armón.

Tensión

(% Un)

5 6’0% 3 5’0% 2 2’0%

7 5’0% 9 1’5% 4 1’0%

11 3’5% 15 0’5% 6…24 0’5%

13 3’0% 21 0’5%

17 2’0%

19 1’5%

23 1’5%

25 1’5%

NOTA: Los valores que corresponden a los armónicos de orden superior a 25, que son

gener

almente débiles y muy imprevisibles debido a los efectos de resonancia, no están

indicados en esta tabla.

Tabla 5: Valores límite de las tensiones de armónicos expresados en porcentaje de la tensión nominal (Un), en

superior a lo indicado en la tabla, existe un problema de

armónicos y lo lógico es buscar una manera de reducirlo. Incluso si se encuentra relativamente

redes generales de distribución

Como referencia para saber si existe un problema de armónicos, se pueden comparar

los resultados de la medida con los límites de compatibilidad que se encuentran en la tabla. Si

el nivel de armónicos medido es

‐ 68 ‐

próxim

s niveles de armónicos o si desaparecen los problemas que se

detectaban.

La resolución de p os tiene tres vertientes:

armónicos. S ucir su emisión de armónicos.

ipo pert onsisti dificar nsegu ayor in .

ma elé e tran armó cluye iones d o

instalación de element cambien impedancia rban los armónicos.

cción de de armónicos implica la fuen alimentación del

equipo rbador. Un sería s el rectificador de 6 pulsos por uno de pulsos.

Esta me es válida mente cuando se prevé instalar un nuevo equipo de gran

potencia. Si el equipo instalado o si se trata un conjunto de muchos equipos no

suele r económicamente viable. En los siguientes gráficos se puede apreciar la

diferen en distorsión entre un rectificador 6 pulsos y uno de 12.

Ilustración 35: Diferencia en distorsión armónica entre un rectificador de 6 pulsos y uno de 12 pulsos

o puede ser conveniente tomar medidas correctoras, especialmente en previsión de

posibles incrementos en la potencia de cargas generadoras de armónicos.

Por el contrario, si el nivel de armónicos no se encuentra próximo a los valores de la

tabla nos encontramos ante dos posibilidades puede ser que la carga perturbada sea

excesivamente sensible o que no se trata de un problema de armónicos sino de otra

perturbación o un fallo propio del equipo que no tiene que ver con el suministro eléctrico.

Adicionalmente, existe una prueba que se puede realizar para comprobar si existe un

problema de armónicos debido a una resonancia. Se trata de desconectar las baterías de

condensadores de la instalación, con el resto de cargas en funcionamiento normal, y

comprobar si decrecen lo

roblemas de armónic

• Equipo emisor de e trataría de red

• Equ urbado. C ría en mo lo para co ir una m munidad

• Siste ctrico qu smite los nicos. In modificac en la re

os que su o abso

La redu la emisión modificar te de

pertu ejemplo ustituir 12

dida principal

ya está de

resulta

cia armónica de

‐ 69 ‐

ión es baja. Sería el

caso d

ya

se enc

elé tri

La separación de cargas perturbadoras y sensibles se puede llevar a cabo alimentando a

sí. Es de

a cabo cuando

xiste una resonancia perjudicial. Se trata de evitar la resonancia o llevarla a una frecuencia

para la que no exista emisión de armónicos. Se puede hacer de varias maneras:

• Modificando la reactancia del sistema. Como la reactancia suele depender de los

transformadores existentes, en la práctica se limita a acoplar o desacoplar transformadores en

algunos casos en que esto resulta posible.

• Modificando la capacidad de los condensadores. Un caso extremo de esto sería

desconectar todos los condensadores. En este caso la resonancia desaparecería. Sin embargo,

los condensadores son necesarios para compensar la reactiva consumida por las cargas, por lo

que en la práctica suelen adoptarse situaciones intermedias, en las que se modifica la

capacidad para situar la resonancia en una frecuencia donde no se produzca resonancia.

Actuar sobre el equipo perturbado tiene sentido únicamente si es excesivamente

sensible. Es decir si tiene problemas a pesar de que la distorsión de la tens

e máquinas con fallos de su sistema de control. Requiere estudiar su sistema de control

para modificar su sistema de medida o los ajustes que se utilizan.

Las actuaciones sobre el sistema eléctrico son las más habituales en instalaciones que

uentran en funcionamiento. Se pueden dividir en tres tipos:

• Separación entre las cargas perturbadoras y las sensibles

• Modificación de la impedancia del sistema c co.

• Instalación de un filtro que reduzca el nivel de armónicos.

los dos tipos de cargas desde transformadores independientes, no acoplados entre

aplicación en sistemas industriales que disponen de varias transformaciones. La utilización de

determinados tipos de conexión en los transformadores contribuye a reducir la presencia de

determinados armónicos, aunque no todos ellos.

Cuando la carga perturbada es pequeña, puede resultar rentable instalar un SAI para

alimentar exclusivamente a las cargas sensibles. Para conseguir el aislamiento necesario entre

cargas perturbadoras y sensibles debe tratarse de un SAI del tipo “on‐line”, es decir con

alimentación permanente a través del ondulador de salida del SAI.

La modificación de la impedancia del sistema eléctrico conviene llevarla

e

‐ 70 ‐

problemas de armónicos ya

que, además de filtrar armónicos, compensan la energía reactiva.

Una buena práctica a la hora de instalar baterías de condensadores para compensación

del factor de potencia y dado que en la práctica totalidad de procesos existen cargas

generadoras de armónicos es elegirlas “sintonizadas” a una frecuencia donde no exista riesgo

de resonanci

Todos estos sistemas son de aplicación si las cargas generadoras de armónicos no

supongan más del 30% ó el 40% de la

• Instalando un filtro de rechazo. Aunque se le llame filtro, en realidad su misión no es

absorber o compensar los armónicos que se emiten. Lo que hace es eliminar las resonancias de

las frecuencias peligrosas, desplazándolas a frecuencias en las que no causen problemas. Los

filtros sintonizados son la opción más habitual para solucionar los

Ilustración 36: Esquema de un filtro sintonizado

a. Existen en el mercado baterías de condensadores sintonizadas.

suponen un gran porcentaje de la potencia del transformador que las alimenta. Es decir,

cuando el problema es que hay mucha impedancia, no que se generan muchos armónicos. En

caso de que las cargas generadoras de armónicos

potencia del transformador, lo más conveniente es instalar filtros que absorban o compensen

los armónicos que se estén generando. Hay dos tipos de filtros:

• Los filtros pasivos. Son los tradicionales, compuestos principalmente por reactancias y

condensadores. Lo que hacen es absorber la frecuencia a la que han sido sintonizados.

‐ 71 ‐

que su principal desventaja

en estos momentos es su mayor precio. Los filtros activos representan la aplicación de la

tecnología más avanzada en electrónica de potencia orientada a la compensación de

armónicos.

Ilustración 37: Funcionamiento de un filtro activo

Las sobretensiones permanentes en baja tensión son poco frecuentes. Además de

entre fase y neutro.

Requieren un estudio complejo para adecuarlos a la red eléctrica donde van a ser instalados,

no sólo por su sintonización sino por su dimensionamiento.

• Los filtros activos. Son equipos electrónicos, de implantación reciente, que generan

armónicos que, al oponerse a los de la carga perturbadora, los compensan o cancelan. Su

ventaja sobre los filtros pasivos es su mayor versatilidad, mientras

4.2.5. Sobretensiones temporales

anomalía en el suministro por parte de la compañía eléctrica, las causas principales en BT son

rotura de neutro o defecto de conexión dando alimentación entre fases cuando se supone

‐ 72 ‐

binación de varistores con una

4.2.6. Sobretensiones transitorias

as sobretensiones transitorias no presentan generalmente peligro para las personas,

pero sí son, a menudo, muy perjudiciales para las componentes y materiales de los equipos

que, sin ser necesariamente destruidos, sí sufren un envejecimiento prematuro.

Además de las magnitudes propias de las sobretensiones (valor de pico, duración,

frecuencia, dv/dt), los daños en receptores dependen de su propio aislamiento:

• La aparamenta de MT (20‐30 kV) debe soportar impulsos de 120‐170 kV.

• Los equipos de BT (230/400 V) tienen que ser capaces de soportar impulsos de entre

1,5 y 6 kV, dependiendo de la aplicación para la que estén diseñados.

Los efectos, relacionados por grupos de elementos diferenciados, pueden ser los

siguientes:

• Equipos eléctricos, tales como conductores, motores, transformadores, etc., aunque

son los que admiten las tensiones de pico más altas, sufren, principalmente, fallos de

aislamiento por:

o Daños instantáneos debidos a impulsos de elevada amplitud.

o Envejecimiento prematuro por impulsos repetidos, aunque no sean

destructivos.

Equipos electrónicos:

limentación en continua, con un posible

transformador intermedio, los impulsos se pueden acoplar al secundario sin

o

o

digitales de control, como:

Para proteger frente a sobretensiones temporales se podría instalar bobinas de máximas

tensión aunque la protección más generalizada es la com

protección diferencial o interruptor magnetotérmico que provoca su actuación al disminuir su

resistencia respecto a la tensión y dejar conducir una corriente elevada.

L

•

o Aún disponiendo de una etapa de a

sufrir la disminución correspondiente a la relación de transformación.

Los semiconductores son dispositivos sensibles a los aumentos de tensión.

Se genera un deterioro del material.

• Fallos en sistemas

o Paradas o arranques imprevistos.

o Perturbación de programas informáticos.

o Disparo intempestivo de alarmas.

o Errores de información y de cálculo.

‐ 73 ‐

Pueden también presentar fallos los equipos de medida, control y comunicaciones.

circunstancias un tanto aleatorias, como

puede ser las magnitudes o el punto de caída de rayos. Otro punto importante es el estado del

aislamiento

suficiente en

s receptores frente a los

impulsos de tensión caben, por parte del usuario, actuaciones en tres sentidos:

uar su propagación.

a eléctrico del usuario. No obstante, como caso particular, cuando se trata

de ínimo el área de

los

en la propia uario, principalmente debidas a maniobras, se pueden adoptar

, en general, a evitar los cambios bruscos de tensión y corriente

por

en la instalación

de

emisión

•

La severidad de las sobretensiones depende de

y las protecciones de los equipos afectados. Cuanto menor es el nivel de tensión

nominal de un sistema menor es su aislamiento y, en consecuencia, mayor es la posibilidad de

sufrir daños debido a la aparición de sobretensiones.

El caso de impacto directo de rayo es el más extremo, si bien es menos frecuente. En

este caso las sobretensiones son del orden de MV, y no existe aislamiento

sistemas de tensión nominal inferior a 100 kV capaces de soportarlo.

En orden a preservar la compatibilidad electromagnética de lo

• Reducir la emisión de impulsos en la fuente de perturbación.

• Aten

• Aumentar la inmunidad de los receptores.

El primero, en caso de ser factible, resulta complejo para fuentes perturbadoras

externas al sistem

sobretensiones inducidas por caídas de rayo es recomendable reducir al m

bucles formados por conductores. Cuando se trata de sobretensiones que tienen su origen

instalación del us

diversas medidas que tienden

la conexión y desconexión de cargas, como puede ser, por ejemplo, el empleo de filtros RC

de los propios contactores.

Para atenuar su propagación, los mecanismos más usuales son la utilización de filtros

y de inmunidad, y la adecuada disposición del sistema de puesta a tierra.

‐ 74 ‐

s, independientemente de las mejoras que

incorporen la disposición de limitadores frente

a s

de

medidas preventivas:

alta tensión.

o obstante, aunque estas medidas permiten atenuar la propagación de impulsos de

tensión

generados

la onda de corriente del impulso.

del impulso en la carga.

paralelo con la carga.

No obstante, de los tres procedimientos que se indican, es el primero el que resulta más

eficaz y el que es, normalmente, más utilizado en la mitigación de impulsos. Por ello, se va a

En cuanto a la inmunidad de los receptore

los fabricantes de equipos, suele ser necesaria

obretensiones.

Por otro lado, la empresa suministradora adopta fundamentalmente, dos tipos

• Una adecuada coordinación de los niveles de aislamiento de los elementos que

integran las redes.

• La instalación de dispositivos que extinguen los impulsos de tensión en diversos puntos

de la red, tales como pararrayos autovalvulares, explosores, conductores de tierra y

equipotenciales sobre los apoyos de circuitos aéreos de

N

hacia las instalaciones de los usuarios, no pueden garantizar su eliminación total.

Siempre existirá una posibilidad de penetración de los impulsos de tensión en

puntos externos a la instalación del usuario.

Los principios fundamentales de protección del equipamiento frente a sobretensiones

transitorias son:

• Limitar la tensión en la carga sensible.

• Desviar o alejar de la carga

• Bloquear la entrada de la onda de corriente

• Emplear filtros de paso bajo utilizando medios de limitación, desvío y bloqueo.

• Unir todas las referencias de tierra del equipamiento.

• Reducir en la medida posible la circulación de la onda de corriente del impulso entre

tierras.

Es decir, independientemente de las directrices relativas a la instalación y

comportamiento de las tierras, los principios básicos de protección se basan en:

• Limitadores de tensión dispuestos en

• Bloqueadores de corriente o choques, conectados en serie con la carga.

• Combinaciones de los anteriores, formando filtros.

‐ 75 ‐

tratar

3 (RBT‐ITC 23) la cual dispone de una Guía de Aplicación donde explica y da

una serie de pautas para su elección y disposición.

de tensión son dispositivos que reducen la sobretensión a valores no

sión, conectándose lo más cerca posible de la unidad a proteger. Existen en

Son protecciones paralelas, es decir, instaladas en paralelo con el equipo protegido. Su

comp

antes

éste presenta una impedancia muy elevada,

de forma que su presencia no altera el funcionamiento de la línea. Por encima de este nivel de

tensión,

y limitando así la tensión en sus bornes.

en este capítulo sólo de limitadores de tensión. El Reglamento Electrotécnico de Baja

Tensión aborda la necesidad y conveniencia de su instalación en la Instrucción Técnica

Complementaria 2

Los limitadores

peligrosos para los equipos o instalaciones eléctricas. Se instalan donde se espera que pueda

llegar una sobreten

el mercado protecciones específicas para todo tipo de sistemas, tanto de fuerza (MT, BT) como

de señal, adaptados a los sistemas de conexión que se utilizan en la industria y en

telecomunicaciones.

ortamiento hace que su selección no dependa de la potencia de la instalación a proteger,

sino de las características de la sobretensión máxima esperada y de la red de alimentación.

Dicho comportamiento se basa en que, de que la tensión alcance el nivel

suficiente para que actúe el dispositivo supresor,

la impedancia disminuye extraordinariamente, provocando la rápida circulación de

corriente por el supresor

Ilustración 38: Curva característica de los varistores

Los elementos más usuales en la actualidad para circuitos de protección a nivel de

usuario, son:

• Varistores (BT).

‐ 76 ‐

Descargadores (BT y MT)

ual

bajo.

2. Descargadores de sobretensión (protección media). El segundo escalón tiene como misión

reducir las sobretensiones aguas abajo de los descargadores de corrientes de rayo a

valores inferiores a 1,5 kV.

3. Protección de equipos (protección fina). La protección de equipos sensibles corresponde al

tercer escalón de protección. Los descargadores se instalan directamente en la

alimentación local del dispositivo a proteger y están disponibles en multitud de formatos a

fin de facilitar su instalación.

Como ya se ha comentado, los dispositivos limitadores que incluyen varistores, debido a

su envejecimiento, se ven sometidos con el tiempo a un incremento en la corriente de fuga,

que indica la proximidad de su deterioro e ineficacia. Por ello, se suele disponer de un sistema

de desconexión que lo deja fuera de servicio, al detectar situaciones como la descrita,

señalizándola además convenientemente. Esta corriente de fuga ha de tenerse en cuenta en

instalaciones que están protegidas mediante un sistema diferencial.

•

• Diodos supresores (aplicaciones especiales BT)

• Pararrayos (autoválvulas – MT/AT)

Es muy importante recordar que los supresores de sobretensiones actúan únicamente

contra las sobretensiones transitorias y no deben actuar ante sobretensiones temporales o

deformaciones transitorias de la onda de tensión.

Una protección integral frente a sobretensiones transitorias tiene que construirse

selectivamente, para poder absorber tanto los impulsos de larga duración con amplitudes altas

(procedentes de descargas de rayo) como para conseguir también un nivel de tensión resid

De esta forma, según necesidad y dependiendo de los diferentes fabricantes, se utilizan

hasta tres niveles:

1. Descargadores de corrientes de rayo (protección basta). El primer escalón de protección

en la filosofía de protección de acometidas de alimentación en tres niveles es el

descargador de corrientes de rayo.

‐ 77 ‐

os supresores de sobretensiones deben situarse lo más cerca posible del equipo a

proteg

antes, que incrementarían la tensión que aparece en bornes del receptor.

con especial cuidado el caso de que existan varias protecciones en

una impedancia adecuada, ya que podría actuar antes la

eriada.

L

er y emplear la mínima longitud de conductor en su conexión, para evitar caídas de

tensión import

Hay que estudiar

paralelo, que no estén separadas por

de menor capacidad de supresión, pudiendo resultar av

‐ 78 ‐

5. A

la con una serie de operaciones

• Preparación del polvo cerámico

• Moldeado y secado de las piezas

• Esmaltado en su caso y cocción

• Tratamientos adicionales

• Clasificación y embalaje

Ilustración 39: Proceso de fabricación de baldosas cerámicas

La molienda del material de partida se suele efectuar normalmente por aportación de

agua por lo que el proceso se denomina por vía húmeda pero también se puede llevar a cabo

por vía seca.

La cocción es una de las operaciones más transcendentes del proceso de fabricación de

los productos cerámicos. Consiste en someter a las piezas a un proceso térmico apropiado

plicaciones particulares en procesos productivos

5.1. La Industria Cerámica

5.1.1. Descripción del proceso

El proceso productivo de la baldosa cerámica se desarrol

sucesivas que pueden agruparse en 5 etapas diferentes que son:

‐ 79 ‐

cambios en su

microestructura y se les proporcionan las propiedades finales deseadas. Si bien existen

cabo una primera cocción para obtener el soporte al

cocción, la tendencia que predomina en

la actualidad es el sistema de cocción rápida por monococción en hornos monoestrato de

El horno monoestrato es la instalación más significativa en la etapa de fabricación de la

• u operación es una de las más críticas y decisivas para optimizar la calidad del

capacidad de operación marca el techo productivo alcanzable por la planta

• u mejor rentabilidad aconseja un funcionamiento continuo sólo interrumpido por

motivos de mantenimiento obligado o programado

Aunque requiere energía eléctrica en sus accionamientos y controles, su consumo

realmente importante es de energía térmica, obtenida mediante quemadores a gas. Está

sujeta a reglamentación específica por utilizar gas natural como combustible y requiere

dispositivos y medidas especiales de seguridad que anulen la posibilidad de accidentes.

durante el cual tienen lugar una serie de reacciones que provocan

procesos de bicocción donde se lleva a

que se aplica el esmalte y se le somete a un asegunda

rodillos.

baldosa por diversas razones:

S

producto acabado.

• Su

S

Ilustración 40: Horno monoestrato

‐ 80 ‐

los de

circunstancia peligrosa en la concepción y diseño de sus instalaciones. Por ello es

imprescindible que el horno a gas disponga de todas las protecciones de seguridad

cond

trico una importante implicación que se detalla en una reglamentación específica que

es co

as ocasiones a hacerlos extremadamente sensibles a huecos a

que utiliza combustible, el horno monoestrato se rige por el Reglamento

Técnica

ventilador. En el Anexo se indicaba que

el paro del equipo de combustión podía llevarse a cabo de forma manual o automática ya sea

por fallo mando los

a

los casos de paro por seguridad indicaba los tiempos de seguridad aplicables pero no así los

casos de fallo de tensión. Estas imprecisiones dieron lugar a una Resolución de la Dirección

General de Industria y Energía (Generalitat Valenciana) por la que se aprobaban los criterios de

actuación de los dispositivos de control de paso de gas en hornos monoestrato. Esta

Resolución decía:

“Para fallos de tensión en el suministro eléctrico, de duración hasta un segundo, la

inercia de los motores de aporte de aire y extracción de humos es suficiente para mantener la

combustión de los hornos mono estrato en condiciones de seguridad, suponiendo además que

se mantienen en operación los contactores correspondientes y la electroválvula de gas, se

pueden permitir las siguientes acciones alternativas, a fin de evitar la parada del horno:

‐ Temporización del circuito de control a un tiempo igual al de cierre de la

electroválvula de gas, en ningún caso superior a un segundo.

‐ Temporización del circuito de control hasta un segundo. Cuando se utilicen

electroválvulas de mem

‐ En estos casos, durante la temporización, será necesario mantener las protecciones

de seguridad del horno.”

5.1.2. Problemática

En relación con hornos monoestrato, el objetivo prioritario es la eliminación toda

reglamentarias y que cumpla fielmente con la ucta legislada. Estos requisitos suponen a

nivel eléc

nveniente aclarar ya que la imprecisión de algunos términos como los “tiempos de

seguridad” ha llevado en algun

tensión y por lo tanto a hacer su operación prácticamente imposible.

Como aparato

aprobado por el Real Decreto 494/1998 de 20 de mayo y su Instrucción

Complementaria MIE‐AG 20 de la Orden de 15 de diciembre de 1988 en la que aludía a la

Norma UNE 60‐740‐85 (parte2) sobre quemadores con

de la energía o o por actuación de elementos de regulación o seguridad. El

Anexo hacía referencia los dispositivos mínimos de seguridad que debían ser implantados; en

brana con recuperación.

‐ 81 ‐

E 60‐740‐85 que remitía a la ITC MIE‐AG‐20 está sustituida

por la

r e de es de

a ndo.

Los huecos de tensión y las interrupciones breves son las perturbaciones que con mayor

frecuencia pueden ocasionar el cierre de las electroválvulas de gas y el consiguiente apagad

calidad del material en

proceso

ser el caso de día tormentoso pos trastornos producidos son mayores en cuyo caso incluso

puede ser aconsejable una parada preventiva del horno. Si la parada del horno ha de ser

superior a unos 5 minutos generalmente precisa tomar medidas como puede ser utilizar de

circuito eléctrico de control que actúa sobre la activación de las electroválvulas de gas y otro

debido a los convertidores de frecuencia que intervienen para gobernar los motores de

accionamiento.

de

con

general de aso de gas estuviera también activada dando paso al gas. Cualquier interrupción en

circuito de control por fallo en alguna regulación controlada, desactivaba este último relé por

los de tensión e

n controladores de frecuencia en

puede r accionado, la posible anomalía de un parámetro de

En la actualidad la Norma UN

Norma UNE 676 de julio de 1997 que remite a la Norma UNE 298 de diciembre de 1994.

Esta última norma conc eta qu cuando es necesario el paro seguridad, tiempo

aplicación no debe ser superior 1 segu

del horno. En el mejor de los casos, esta situación conlleva la parada intempestiva del horno, la

necesidad de una nueva puesta en marcha, la pérdida por falta de

de cocción y la falta de producción desde el apagado hasta que la temperatura del

horno se estabiliza. Si las incidencias se repiten en un espacio de tiempo corto como puede

una fuente de alimentación propia para mantener en movimiento de giro los rodillos que

forman el estrato de transporte del material, evitando así que por el peso de éste y la

temperatura del horno al están inmovilizados se curven y queden inutilizables.

En el conjunto del equipamiento de horno los dos focos de sensibilidad se centran en el

Tradicionalmente se utilizaba como protección ante fallos en la tensión alimentación

circuitos de control que dónde se conectaban en serie los contactos de los relés (presión de

gas, presión de aire comburente, evacuación de productos de combustión, entrada y salida de

material, temperatura máxima del horno) el relé que permitía que la electroválvula

lo tanto la electroválvula general. Analizando el comportamiento de los relés se observa que

normalmente utilizados, eran mucho más sensibles a los huecos

interrupciones breves que las electroválvulas de gas.

En los hornos modernos, prácticamente se emplea

todos los funcionamientos. Estos son muy sensibles a las perturbaciones eléctricas y su fallo

ocasionar el paro del moto

‐ 82 ‐

funcio

5.1.3. Soluciones

nos 5 kVA que

ante

a los convertidores de frecuencia como se indicó en el apartado de las

soluci

l

la curvatura e inutilización de estos. Se

trata

namiento controlado, el corte de corriente al circuito de control y la consiguiente

apertura de la electroválvula de gas.

Los hornos monoestrato marcan la capacidad productiva de la planta. Por esta razón y

por motivos de rentabilidad, se desea que funcionen de forma continuada, con ausencia de

paros no programados; incluso en el caso de no realizar trabajo de cocción en algún fin de

semana, se dejan funcionando al ralentí manteniendo así su temperatura con un consumo

mínimo de gas. Son las unidades más críticas ante huecos de tensión y cortes breves de todo el

equipo industrial cerámico dad la alta sensibilidad que puede presentar el sistema de control

de cierre de las electroválvulas de gas y las repercusiones económicas implícitas. Cualquier

incidencia supone la pérdida rápida de la curva óptima de temperatura del ciclo del horno

afectando gravemente a la calidad de todo el proceso de cocción.

Respecto al primer foco sensible de los hornos que corresponde al circuito de control, la

Resolución de Industria y energía permitió la temporización a un segundo para la actuación de

cierre de las electroválvulas de gas. Los hornos modernos utilizan un SAI de u

fallo de tensión mantiene hasta un segundo activadas las electroválvulas de gas,

mantiene cerrados los contactos de los elementos de regulación y mantiene alimentadas las

centralitas de detección de llama y autoencendido.

En cuanto

ones generales al ser especialmente sensibles, se recomienda utilizar las debidas

medidas preventivas. En esta casuística, es preferible utilizar convertidores que permitan un

autoarranque ya que de no ser así, las soluciones adoptadas sobre los circuitos de control

pueden dejar de ser efectivas.

Por otra parte, hay que resaltar que si en lugar de un corte breve se trata de una

interrupción larga que alcance más de 5 minutos, peligra la integridad de los rodillos que

transportan el material en proceso de cocción. La inercia térmica del horno, el paro de las

electroimpulsores de aspiración de gases de escape, la inmovi idad de los propios rodillos y el

peso del material que transportan, pueden ocasionar

de una reposición cara por lo que precisa tomar medidas para evitar el posible daño,

haciendo girar los rodillos, durante la interrupción del suministro eléctrico mediante una

fuente autónoma como puede ser un grupo electrógeno.

5.2. La Industria Cementera

‐ 83 ‐


Ilustración 41: Proceso de fabricación del cemento

ma

• Enfriamiento del clínker

• Acopio de clínker

El proceso de fabricación de cemento es muy similar en todas las cementeras y

comprende los siguientes procesos:

• Extracción de la cantera

• Trituración de materia pri

• Conformación de escombreras

• Acopio de materias primas

• Molienda de crudo

• Acopio en silos de crudo

• Precalcinación de harina cruda

• Clinkerización

• Molienda de cemento

‐ 84 ‐

• Ensilado y despacho a granel

Primero se extrae de la cantera la piedra caliza que es la principal materia prima para la

elaboración del cemento. Estas piedras de gran tamaño son transportadas a la Planta de

Trituración. Esta caliza se tritura y se transporta por una cinta hasta un montón en stock que se

llamo Escombrera. Nuevamente a través de cintas el producto se almacena en tolvas de

Molino de Materia Prima.

La caliza se muele junto con otros componentes minoritarios para formar un polvo

llamado “Harina Cruda”. La Harina Cruda obtenida se lleva a los silos donde es homogeneizada

y posteriormente transportada al Horno. El producto ya homogeneizado entra por la parte

superior de la Torre de Intercambio de Calor y desciende por la misma iniciándose los

procesos de deshidratación y descarbonatación.

El material precalcinado ingresa en el Horno rotatorio donde la temperatura aumenta

hasta unos 1450ºC. El producto obtenido se denomina clínker y tras salir del horno es enfriado

rápidamente para bajar su temperatura a 100ºC para conservar sus cualidades.

El clínker se almacena en el Parque de Clínker para su posterior uso. Después es llevado

a los silos que alimentan los Molinos de Clínker. El producto obtenido de esta molienda

conjunta es el cemento. Los silos de cemento permiten alimentar embolsadoras automáticas o

despacho a granel.

Ilustración 42: Fábrica de cemento

• Embolsado de cemento

‐ 85 ‐

ca

las cementeras ante paradas de sus procesos por

Por una parte disponen de controles estrictos de calidad de

su pro

l no producido.

la parte de mayor criticidad corresponde a:

• El intercambiador que comprende para cada una de las dos líneas un ventilador de tiro

de 1400 kW y un ventilador de cola de 800 kW.

• El enfriador de 340 kW en corriente continua junto con una decena de motores

accionados por variadores de frecuencia el corriente alterna.

Los controles de velocidad por variación de frecuencia son especialmente susceptibles

a las perturbaciones del tipo hueco de tensión. Están constituidos principalmente por un

rectificador, un filtro en el que uno de sus componentes es un condensador y un inversor. El

inversor permite transformar una tensión continua en una tensión alterna trifásica de

amplitud y frecuencia variable. Una tensión de este tipo aplicada a un motor asíncrono de

jaula permite variar su velocidad de sincronismo y por consiguiente la velocidad del motor.

La fuente de energía primaria lo constituye la red que a través de un pr de

rectificación y posterior filtrado p tinua que alimenta al inversor.

5.2.2. Problemáti

La problemática que plantean

perturbaciones eléctricas es doble:

ducto así como de seguridad medioambiental por control de emisiones de polvo a la

atmósfera. El problema principal viene determinado con los largos tiempos de rearranque del

proceso y la necesidad de trabajar en periodos donde el coste de la energía es superior al de

las horas valle para poder cumplir plazos de entrega. Las pérdidas vienen directamente

relacionadas con el materia

Son cliente con consumos muy importante con punto de suministro en la red de alta

tensión. La principal perturbación que les afecta son los huecos de tensión. De hecho, algunos

están conectados en configuración entrada salida con protecciones de línea en sus

instalaciones por lo que en el caso de cortocircuito en una de sus llegadas, mantendrían

tensión por la otra llegada.

La mayor problemática que plantean las cementeras es que ante interrupciones largas

de suministro las particulas en suspensión del clínker se depositan en el refractario y su

solidificación puede resultar su la contracción y rotura.

Otros puntos críticos del proceso son la torre de calcinación y las enfriadoras del clínker.

Estos procesos suelen incorporar motores de gran potencia bien de corriente continua o

gobernados por variadores de velocidad de corriente alterna en potencias nominales elevadas.

En el caso analizado

oceso

ermite obtener la tensión con

‐ 86 ‐

la arquitectura de un variador de frecuencia.

La siguiente figura muestra

Ilustración 43: esquema de un motor de te continua controlado por un variador de frecuencia

En relación

corrien

con el sistema de protecciones, la mayoría de los convertidores

dispon

ducen la tensión y la frecuencia para

limitar

proporcional a la corriente.

l motor.

e detiene la deceleración. Para

corregirlo debe aumentarse el tiempo de deceleración o incluir el frenado dinámico.

•

de

• Termostato: Dispara en caso de exceso de temperatura en el modulo de potencia y

rovoca

en de las siguientes protecciones:

• Limitación de sobreintensidad: Cuando se detecta una corriente superior a la ajustada,

bien durante la aceleración o durante la parada, se re

la corriente.

• Disparo por sobreintensidad: Este disparo actúa por picos de corriente instantánea.

• Disparo por sobrecarga: Es ajustable y actúa por tiempo inverso, es decir, que el

tiempo que tarda en producirse el disparo es inversamente

Permite operar con cierta sobrecarga durante un tiempo determinado, al cabo del cual se

apaga, evitando así el excesivo calentamiento de

• Límite de sobretensión: Cuando el motor decelera, aumenta la tensión en el lado de

continua del inversor, al alcanzarse una cierta tensión s

Disparo por baja tensión: Se produce en caso de fallo instantáneo de la tensión de red

o en caso de baja tensión de línea (hueco de tensión). Incorpora una protección de mínima

tensión de bus de continua. (Nota: algunos fabricantes además esta protección, incorporan

una supervisión de las tres tensiones de fase de entrada de alimentación, y cuando se produce

una desviación sobre el ajuste prefijado provoca el disparo del equipo.

p el paro del equipo.

‐ 87 ‐

referente al

us de continua. Éste se ve afectado por las faltas en la tensión de alimentación,

especialmente si son trifásicas. Dependiendo de la profundidad de la falta y en caso extremo,

el único elemento que puede aportar energía al bus es el condensador del filtro de modo que

cuando su tensión se reduce un 15% o 30% se inhibe el inversor y la máquina queda sin

alimentación. El motor pierde velocidad y las tensiones residuales que aparecen en el estátor

hacen que el rearranque del equipo con el restablecimiento de la red sea problemático ya que

se pueden producir sobrecorrientes que ponen en peligro la integridad del inversor.

Los huecos de tensión afectan al funcionamiento de los convertidores de frecuencia.

n este caso cuando la tensión continua desciende más de un 20 %, se inhibe el inversor y el

motor queda sin alimentación, se produce su parada y afecta de manera directa al proceso

productivo.

de manera a retirar las dichas partículas.

la cantidad de energía acumulada

a estaría

motor se desmagnetice (30 a 40s) y rearrancar de manera automática el motor. Esta opción

necesita tener información sobre la tensión de red para asegurar que la red está

correctamente energizada. Dependiendo de la captación de señal del convertidor, dicha

información podría provenir de un dispositivo de control de tensión aguas arriba de la línea o

de la información accesible del sistema de muy alta tensión. En cualquier caso esta opción

para la aplicación en estudio no sería válida, dado que se pretende que el motor no llegue a

pararse.

En los convertidores de corriente alterna la problemática se presenta en lo

b

E

5.2.3. Soluciones

Para proteger el horno rotativo frente a solidificación del clínker en las paredes por

interrupciones largas, es práctica habitual, disponer de suministro complementario en los

ventiladores asociados

Para reducir la sensibilidad de estos equipos a los huecos de tensión y a las

interrupciones breves existen diferentes técnicas.

El primero de ellos podría ser reforzar el bus de continua del inversor que alimenta al

motor. Se trataría de aumentar el almacén de energía intermedio añadiendo más

condensadores en paralelo. De esta forma se incrementaría

dotando de mayor autonomía al motor en caso de ausencia de red. Hay que considerar que un

hueco cualquiera, puede ser considerado como una interrupción o ausencia de red si se

mantiene el nivel del bus de continua, ya que el rectificador de entrad

permanentemente desconectado.

La segunda posibilidad es un arranque automático que consiste en esperar a que el

‐ 88 ‐

activa el

engan

siempre que como consecuencia de una interrupción breve o un hueco de

tensión, la tensión del bus de continua desciende por debajo de un nivel predeterminado. Si

de la carga, el motor continúa girando cuando se restablece la

tensió

de la falta.

vía estén presentes las tensiones residuales

del es

l p

a

Otros variadores de velocidad tiene la opción de “respaldo cinético”. Es una función

automática y se activa cuando el inversor está habilitado y la tensión de bus del circuito

intermedio desciendo por debajo de un valor prefijado. Se habilita configurando el parámetro

correspondiente. No obstante puede ocurrir que la aplicación no recupere la velocidad por

encima de la velocidad mínima o que la tensión de bus descienda por debajo de la tensión

mínima, entonces en estos casos el accionamiento pasa al estado de fallo y

re che automático, con lo que se estaría en el caso anterior.

La última opción es la de arranque al vuelo o “Flying Start”. En los equipos que

incorporan esta técnica, el inversor se desconecta y por consiguiente el motor queda sin

alimentación

debido a la propia inercia y la

n de red, el inversor ajusta, en función de la velocidad, la frecuencia y amplitud de la

tensión de salida para alimentar el motor sin la aparición de sobrecorrientes. El motor acelera

y recupera la velocidad que llevaba con anterioridad a la aparición

En determinados equipos este rearranque o reenganche se produce tan pronto como se

restablece la tensión de alimentación aunque toda

tator inducidas por el magnetismo remanente del rotor. Sin embargo en otros equipos

una vez restablecida la red, el contro espera un tiempo de seguridad ara asegurar la

desaparición de las tensiones residuales. En este caso el motor permanece sin alimentación

durante más tiempo por lo que la pérdida de velocidad será mayor.

Esta técnica es adecuada para aquellas aplicaciones que puedan soportar una reducción

de la velocidad del accion miento sin que el proceso resulte afectado.

En el caso de estudio la propuesta de minimización consiste en proteger el PLC y el

control del sistema mediante fuente de alimentación segura y utilizar la opción de arranque al

vuelo. Hay que tener en cuenta en este caso la necesidad de temporización de la señal de fallo

de convertidor que se envía al PLC vía profibús.

‐ 89 ‐

5.3. La Industria Papelera

Cocción

• Recuperación (caldera)

• Máquina de papel

Partiendo de la madera, se separan las fibras de celulosa de la lignina que las une, lo que

se realiza por procedimientos mecánicos, químicos o semiquímicos, que dan origen a distintos

pos de celulosa. Cuando la fuente de fibra es papel usado, éste se introduce en agua y se


Las empresas de fabricación de papel suelen constar de las siguientes secciones:

• Madera

• Depuración y lavado

•

Ilustración 44: Proceso de fabricación del papel

ti

‐ 90 ‐

fibras de celulosa tras depurarse de arenas, plásticos y

demás impropios que acompañan al papel usado.

virgen, fibra reciclada o una combinación de

e en ir

suceden las fases de sedimentación de fibras y formación de una banda

de papel, con eliminación de agua mediante gravedad, vacío y presión, para

finalmente proceder a un secado térmico. Una última fase de acabado, logrará presentar el

e producto final en forma de bobinas.

Antes de que la pasta de papel alimente la denominada "máquina de papel" se procede a

refinar a pasta de papel y a realizar la aditivación de la misma. A través del refinado se

d f an algunas de las propiedades físicas de las fibras de celulosa para darle las

características necesarias para la fabricación del papel, permitiendo que las fibras sean más

flexibles y aumentando su superficie. El tratamiento consiste en introducir la pasta de papel,

junto con agua, en un refinador donde se cortan las fibras de celulosa por acción de diversas

cuchillas que se mueven en círculo. Por otra parte, la aditivación permite mejorar las

características del papel elaborado añadiendo una serie de sustancias tales como colas, caolín,

talco, yeso, colorantes, etc. Cada sustancia produce una serie de resultados específicos:

• colas: permite aumentar el grosor del papel, disminuir la porosidad y mejorar la

blancura.

• colorantes: se utilizan para conseguir determinados colores del papel.

• almidón: da mayor rigidez y resistencia al papel.

• caolín, talco, yeso: permiten mejorar las características de impresión, haciendo el

papel más brillante, más opaco y más uniforme.

El procedimiento para producir papel reciclado o papel proveniente de pasta virgen es

muy similar por lo que sólo se presenta una síntesis del proceso común.

Tras superar los procedimientos descritos, la pasta de papel entra en la máquina de papel,

un mecanismo complejo que se puede dividir en dos secciones principales:

• Sección húmeda: la pasta de papel se dosifica sobre una malla metálica que se mueve

por unos rodillos. En este proceso la pasta va perdiendo el agua que contiene por gravedad (en

la mesa plana) y después por succión (producida por unos cilindros aspiradores).

• Sección seca: en esta sección se procede al secado del papel por medio de unos

cilindros giratorios calentados con vapor de agua a baja presión por los cuales transita la hoja

de papel. En este proceso, la hoja pierde hasta un 70% del agua que contenía.

agita, para obtener una suspensión de

Para fabricar el papel bien sea con fibra

ambas, al estar las fibras en una suspensión de agua, el resto del proceso consist

retirándola. Se

húmeda

pap l como

l

mo i ic

‐ 91 ‐

l:

brillante.

un mayor grado de blancura. El proceso

consiste

n d

resistencia a

.2. Problemática

Antes de proceder al enrollado del papel en bobinas se pueden realizar diferentes

operaciones de mejora de las propiedades del pape

• Calandrado: este procedimiento permite mejorar el acabado del papel mejorando la

lisura de la superficie y haciendo el papel más El tratamiento se efectúa en la

satinadora, máquina compuesta por cilindros de hierro colado con la superficie dura y brillante

y cilindros con fibra con la superficie elástica y comprensible.

• Estucado: con esta operación se modifican las características del papel permitiendo

mejorar los resultados de la impresión y alcanzando

en aplicar sobre una de las caras del papel una capa de adhesivos y pigmentos que

forman una película de bar iz (el estuco) que da al papel gran finura y uniformi ad.

• Encolado en masa: permite aumentar la mecánica del papel al aplicar la

hoja de papel una capa encolante formada principalmente por determinados tipos de

almidones.

Una vez listas las bobinas de papel, se envían a las diferentes fábricas de productos de

papel, para su conversión en los distintos productos: cartón, papel de impresión, papel

sanitario, etc.

5.3

Ilustración 45: Proceso de Bobinadora‐Desbobinadora

‐ 92 ‐

obinadora de la máquina de papel.

blece la tensión normal de red.

una

al inhibirse los impulsos.

en modo regenerativo por que posee un elevado grado de susceptibilidad a los

huecos de tensión. Determinado tipo de faltas provocan el fallo de conmutación de los

los fusibles de protección de los mismos. El problema se

ve agravado a medida que las exigencias de producción van requiriendo mayores velocidades

de proceso.

5.3.3. Soluciones

Para determinar el grado de susceptibilidad del accionamiento de la desbobinadora tal y

como opera en la realidad se procedió a simular el comportamiento del convertidor bajo

diferentes condiciones de falta de red. Se simularon faltas de red trifásicas, bifásicas y

monofásicas de profundidad y duración variables. En el caso de estudio se llegaron a las

siguientes conclusiones: la profundidad máxima que provoca el disparo del convertidor

corresponde a los límites de la siguiente tabla según las características del hueco.

De las diferentes secciones de que se compone la fábrica motivo de estudio, el problema

principal está localizado en la unidad bobinadora‐desb

La problemática que presentan los convertidores de corriente continua es diferente

dependiendo de que el motor trabaje en tracción o en recuperación. En el primer caso los

problemas pueden surgir cuando desaparece la falta y se resta

El súbito incremento de la tensión de alimentación del puente rectificador de tiristores puede

dar origen a una sobrecorriente y el consiguiente disparo del relé de protección. Cuando el

motor trabaja en recuperación de energía las consecuencias de la falta pueden llegar a ser

mucho más graves. En este caso puede fallar la conmutación de los tiristores provocando

corriente de cortocircuito. Tanto el relé de protección de mínima tensión como el de

sobrecorriente resultan inoperantes produciéndose la fusión de los fusibles de protección de

los tiristores

La desbobinadora está alimentada por un motor gobernado por un convertidor de

corriente continua. La máquina controlada en tiro y por consiguiente su accionamiento opera

continuamente

tiristores y la consiguiente fusión de

Falta Monofásica Bifásica Trifásica

Profundidad 25% 12% 8%

Tabla 6: Límites de disparo

la te provoca

faltas

• Reduciendo la intensidad de excitación: dado que la velocidad del motor y del par no

varían, la la r im l la

• Modificando la relación de la reductora lo que implica una reducción de la tensión del

motor.

emplo reduciendo un 20% la velocidad del proceso, el límite en estas condiciones

se muestra en la siguiente tabla:

Monofásica Bifásica Trifásica

La primera propuesta consistió en la supresión de la inhibición de los impulsos. El

disparo de las protecciones inhibe los impulsos cebado de los tiristores del convertidor de

inducido. Dado que el accionamiento de la desbobinadora opera en modo regenerativo, la

inhibición de los impulsos cuando nsión del motor tiende a su valor nominal la

inyección de corriente alterna al inducido del motor con la consiguiente fusión de los fusibles.

Otra medida para aumentar la inmunidad del equipo frente a de la red es la

reducción de la tensión del inducido para que el convertidor opere con un menor ángulo de

disparo. Se puede conseguir por tres vías:

reducción de fue za electromotriz p ica un aumento de corriente del inducido.

• Reduciendo la velocidad de proceso sobre todo en condiciones climatológicas

adversas.

Por ej

Falta

Profundidad 47% 27% 25%

Tabla 7: Límites de segu dad

ri

‐ 93 ‐

‐ 94 ‐

5.4. La Industri Plást

5.4.1. Descripción del

el punto de vista productivo, los puntos críticos del proceso son:

ón 46: Proceso de fabricación del plástico

En el proceso de ex se fu y ada un husillo sinfín a

través de un orificio rma circular que da ma des globo. Este proceso

tiene tres partes críticas:

• Continuidad en el suministro de material.

• Temperatura de la zona de fundición de material.

• Sistema de propulsión del material.

La formación del globo se realiza mediante soplantes (Sistema IBC, doble circulación de

aire externa e interna). Con este sistema, se mantiene la forma del globo y se enfría el

material. La criticidad del proceso viene dada por estos soplantes, dado que el fallo de ellos

podría provocar la deformación del globo.

a del ico

proceso

Desde

• La Extrusora

• La Formación del globo

• El Calandrado

• El Bobinado

Ilustraci

trusión nde la granza es empuj mediante

de salida de fo la for eada al

‐ 95 ‐

do se aproximan los dos laterales del globo hasta

juntarlos y posteriormente poder crear la bobina. Es crítico el control de tensión en los

e la tensión del

er una bobina homogénea. En algunas máquinas no se recortan los

na única bobina tubular.

Ilustración 47: Proceso continuo de extrusión‐soplado‐calandro‐bobinado

El efecto de la parada implica pérdidas de producción y tareas de limpieza, debido a la

la extrusora, rotura del globo, etc. Lo que conlleva

tiem

A continuación, mediante el calandra

diferentes cilindros que conforman el proceso.

La última etapa del proceso consiste en el bobinado. Aquí se mantien

material para obten

laterales del globo obteniendo u


solidificación del producto en el interior de

pos de parada de producción prolongados. A continuación se detallan las características

productivas de carácter crítico que pueden ser o no sensibles desde el punto de vista eléctrico.

‐ 96 ‐

a temperatura de la zona de fundición que

dep

o del husillo suelen ser motores de

orriente continua controlado por un regulador de velocidad de corriente continua. Los

reguladores de corriente continua son muy sensibles a las perturbaciones y su parada implica

la parada del proceso.

Las soplantes disponen de dos circuitos para formar el globo: el circuito de aire externo es

el encargado de enfriar rápidamente el material, mientras que el interior proporciona al globo

el radio deseado. Estos circuitos de aire se obtienen a partir de bombas accionadas por

motores de corriente alterna. En el caso de motores de arranque directo, la incidencia de los

huecos de tensión no es importante. En el caso de control con variadores de velocidad los

huecos de tensión pueden provocar paradas del proceso.

El grupo de calandrado está accionado normalmente por motores de corriente alterna

controlados por un variadores de velocidad. La disminución de velocidad de estos equipos no

es especialmente crítica siempre y cuando tenga una duración breve (caso de un hueco de

tensión). Provocaría una pequeña variación de tensión y por tanto del grueso del film.

Como en prácticamente todos los proceso, los PLC’s y los circuitos de mando son

elementos que tienen el control tanto de los equipos como de la alimentación de cada

elemento que compone el sistema. Es por ello que no es práctico realizar ninguna modificación

en el resto de los elementos sin asegurar el buen funcionamiento de esta parte del sistema.

5.4.3. Soluciones

tipo de procesos tanto a huecos de tensión como a

interrupcione

industria suele optar por inmunizar la potencia entera de la línea mediante un SAI que cubra la

totalidad de la potencia. En los casos analizados, la potencia requerida era aproximadamente

En el caso de que el tipo de perturbación más habitual en el punto de suministro del

cliente fuera el de los huecos de tensión, se podría optar por una solución parcial que

Desde el punto de vista de continuidad, la extrusora es un sistema que dispone de un

depósito de granza con cantidad más que suficiente para sobrellevar la duración de un hueco

de tensión (típicamente de 100 a 500 ms). L

ende de las resistencias de calentamiento, tiene una contante térmica bastante lenta, de

manera que en un tiempo corto la temperatura no varía excesivamente. En cuanto a la

propulsión de material, el elemento que provoca el gir

c

Dada la alta sensibilidad de este

s breves y la repercusión que tiene la ruptura del proceso continuo, este tipo de

400 kVA.

‐ 97 ‐

consis

5.5.La Industria de Artes Gráficas

tiría en poner un SAI o DVR en los motores que alimentan las bombas de soplado para la

confección del globo, protegiendo siempre los PLC’S y control de la totalidad de los equipos. En

este caso sería necesaria la realización de una prueba para asegurar que la demás parte del

proceso no se ve afectada por este transitorio. Podría ser necesaria igualmente una

modificación en los parámetros de entrada de los variadores de velocidad.


Ilustración 48: Máquina rotativa de impresión

La impresión de diarios, revistas, folletos etc. se compone principalmente de 3 secciones

totalmente diferenciadas:

• Desbobinadora‐Portabobinas: por medio de movimiento automático y controlado de

bobinas junto con el mecanismo de desbobinado, se introducción del material entre los

rodillos.

• Zona de impresión: para imprimir cada página a color, el papel debe pasar por un

cilindro con tinta cian, uno con magenta, uno negro y otro amarillo.

‐ 98 ‐

• Plegadora: Cuando se termina de imprimir, cada sección pasa por una máquina que

el papel continuo y las separa. En esta sección se recoge el papel impresionado de los

cuerpos y se realiza las tareas de cortar el papel a tiras, plegar, volver a cortar en otro formato

istinto y volver a plegar el papel.

la los parámetros de la máquina rotativa:

velocidad, cantidad de tinta para imprimir, posicionamiento del papel, etc.


La mayor problemática a la que se enfrenta esta industria es la alta sensibilidad a las

perturbaciones eléctricas tanto a huecos de tensión, interrupciones breves e interrupciones

largas.

Se trata de procesos continuos con números motores que funcionan a muy alta

velocidad y perfectamente sincronizados. A ello se añade la necesidad de precisión y

calibración del conjunto de sus elementos tanto para la impresión como para el plegado y

corte.

Entre las diferentes casuísticas que se plantean, una muy problemática es la rotura del

papel en el medio del proceso por la parada intempestiva del proceso.

En el caso de la no rotura del papel, el rearranque requiere también una pérdida de

tiempo considerable que se ha perdido su información

por causa de la perturbación.

o son los periódicos repercuten en muy graves pérdidas y

penalizaciones económicas ya que el factor tiempo es determinante. Así mismo, el daño de

imagen para la marca de la no publicación de algunos de sus ejemplares es prácticamente

inconmensurable.

corta

d

Existe un sistema informático que contro

ve acrecentada si el sistema de control

Todo esto conlleva el retraso en la extracción del producto final que en el caso de

publicaciones diarias cóm

‐ 99 ‐

5.5.3. Soluciones

nto de sus componentes.

Este tipo de procesos, al ser muy sensible tanto a interrupciones breves y largas como a

huecos de tensión, requieren una alimentación segura para el conju

Dado que en mucho de los clientes el factor tiempo y seguridad de entrega es primordial en su

actividad, una solución adaptada suele ser la combinación de SAI dinámico junto con motor

generador. De esta manera, también se asegura la edición en caso de interrupciones largas de

suministro eléctrico.

‐ 100 ‐

6. Conclusiones

istribución eléctrica no es un sistema aislado que pueda entregar a los

productoras de energía,

sino que miles de instalaciones receptoras y generadoras están integradas en la propia red,

formando un conjunto indivisible, expuesto a múltiples factores perturbadores, internos y

externos, muchas veces de carácter aleatorio e imprevisible. De esta forma, la onda resultante

en cualquier punto de alimentación, aun manteniéndose dentro de los límites reglamentarios,

presenta cierto grado de variación que, junto con las deformaciones transitorias pueden

ocasionar trastornos industriales importantes pese a su brevedad y a ser mayoritariamente

inferiores a un segundo.

Para optimizar el uso que los usuarios industriales hacen del producto eléctrico, lo más

importante es que sean conocedores de que la mayoría de estas perturbaciones son

difícilmente evitables en su origen y que afectan principalmente a los elementos más sensibles

de las cadenas productivas. Partiendo de una correcta concepción de las instalaciones

eléctricas se puede lograr una calidad de suministro aceptable sin necesidad de inmunizar por

completo la totalidad de los procesos.

Muchas de las soluciones para inmunizar los procesos industriales parten de un buen

conocimiento de su entorno y las características de sensibilidad de sus equipos. Si debido a los

requerimientos concretos de calidad de suministro que exigen las instalaciones fuera necesario

inmunizarlas en su totalidad, existen en el mercado equipos industriales concebidos

especialmente para tal fin y que tiene cabida por su rentabilidad en muchos sectores

industriales. Sin embargo, en la mayoría de los casos, su eliminación completa resulta inviable,

por lo que es necesario adecuar las instalaciones receptoras, adoptando medidas preventivas,

correctoras o mitigadoras, a todos los niveles y en todos los puntos aconsejables, con objeto

de protegerlas de las alteraciones que afectan a su normal funcionamiento.

Conforme avanza y se desarrolla la industria, la importancia que la calidad de suministro

eléctrico adquiere sobre los procesos productivos es cada vez mayor. Por un lado, el avance de

la tecnología ha significado la implantación imparable de sistemas electrónicos en todos los

campos, tanto en circuitos de programación, gobierno y control, como en circuitos de

potencia. Estos dispositivos requieren un nivel de calidad eléctrica cada vez más exigente. Por

otro lado, la red de d

usuarios la onda de tensión, casi perfecta, que generan las centrales

‐ 101 ‐

la inversión necesaria es importante discriminar las etapas

críticas de las no críticas de cada proceso así como los elementos sensibles de los no sensibles.

Con esta distinción junto con el análisis de la frecuencia de las perturbaciones y su efecto en

los pr

Cada instalación y cada proceso tienen características concretas, sin embargo las

perturbaciones eléctrica son unas concretas, los elementos afectados suelen ser los mismos y

las problemáticas acaban siendo recurrentes en la mayoría de las casuísticas. se puede llegar a

una solución óptima tanto a nivel económico, como de seguridad, como medioambiental en

todos los casos y para conseguir llegar a ella es necesario identificar el problema y conocer las

posibl

Para reducir al máximo

ocesos las medidas serán diferentes: una mejor elección de la toma de relación de

transformación, una correcta instalación de protecciones contra sobretensiones transitorias,

una alimentación segura a los elementos especialmente sensibles y una alimentación

complementaria a las cargas críticas son algunas de las medidas más habituales para minimizar

los problemas derivados de las perturbaciones. Es importante conocer las diferentes

prestaciones de las que disponen en especial los convertidores de frecuencia y los variadores

de velocidad en motores de corriente continua ya que si bien en muchas ocasiones no se

puede evitar que reaccionen frente las perturbaciones, se pueden parametrizar para reducir al

máximo sus efectos.

es actuaciones que se pueden llevar a cabo.

‐ 102 ‐

7. R

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