Medición de la calidad de la energía

Solía ​​ser con los grandes sistemas de alimentación de CA que la "calidad de la energía" era un concepto inaudito, además del factor de potencia.

Casi todas las cargas eran de la variedad "lineal", lo que significa que no distorsionaban la forma de la onda sinusoidal de voltaje ni provocaban que fluyeran corrientes no sinusoidales en el circuito. Esto ya no es cierto.

Las cargas controladas por componentes electrónicos "no lineales" son cada vez más frecuentes tanto en el hogar como en la industria, lo que significa que los voltajes y corrientes en los sistemas de energía que alimentan estas cargas son ricos en armónicos:lo que debería ser agradable, voltajes de onda sinusoidal limpia y Las corrientes se están volviendo muy distorsionadas, lo que equivale a la presencia de una serie infinita de ondas sinusoidales de alta frecuencia en múltiplos de la frecuencia fundamental de la línea eléctrica.

Efectos de armónicos excesivos

Los armónicos excesivos en un sistema de alimentación de CA pueden sobrecalentar los transformadores, causar corrientes de conductor neutro extremadamente altas en sistemas trifásicos, crear "ruido" electromagnético en forma de emisiones de radio que pueden interferir con equipos electrónicos sensibles, reducir la potencia de salida del motor eléctrico y pueden ser difícil de identificar.

Con problemas como estos que afectan a los sistemas de energía, los ingenieros y técnicos necesitan formas de detectar y medir con precisión estas condiciones.

Calidad de energía

Calidad de energía es el término general dado para representar la ausencia de contenido armónico de un sistema de alimentación de CA. Un medidor de "calidad de energía" es aquel que proporciona alguna forma de indicación de contenido armónico.

Medición de la calidad de la energía

Una forma sencilla para que un técnico determine la calidad de la energía en su sistema sin un equipo sofisticado es comparar las lecturas de voltaje entre dos voltímetros precisos que miden el mismo voltaje del sistema:un medidor es un tipo de unidad de "promedio" (como un medidor de movimiento electromecánico) y el otro es un tipo de unidad de "verdadero valor eficaz" (como un medidor digital de alta calidad).

Recuerde que los medidores de tipo "promediado" están calibrados para que sus escalas indiquen voltios RMS, basándose en el supuesto de que el voltaje de CA que se mide es sinusoidal . Si el voltaje no tiene forma de onda sinusoidal, el medidor promedio no registrará el valor adecuado, mientras que el medidor de verdadero valor eficaz siempre lo hará, independientemente de la forma de onda.

La regla general aquí es la siguiente:cuanto mayor es la disparidad entre los dos medidores, peor es la calidad de la energía y mayor es su contenido armónico.

Un sistema de energía con energía de buena calidad debe generar lecturas de voltaje iguales entre los dos medidores, dentro de la tolerancia de error nominal de los dos instrumentos.

Otra medida cualitativa de la calidad de la energía es la prueba del osciloscopio:conecte un osciloscopio (CRT) a la tensión CA y observe la forma de la onda. Cualquier cosa que no sea una onda sinusoidal limpia podría ser una indicación de problema:

Esta es una onda "sinusoidal" moderadamente fea. ¡Contenido armónico definido aquí!

Aún así, si es necesario un análisis cuantitativo (cifras definidas, numéricas), no hay sustituto para un instrumento diseñado específicamente para ese propósito.

Este tipo de instrumento se denomina medidor de calidad de energía y en ocasiones es más conocido en los círculos electrónicos como analizador de espectro de baja frecuencia. . Lo que hace este instrumento es proporcionar una representación gráfica en un CRT o una pantalla de visualización digital del "espectro" de frecuencia del voltaje de CA.

Así como un prisma divide un haz de luz blanca en sus componentes de color constituyentes (cuánto rojo, naranja, amarillo, verde y azul hay en esa luz), el analizador de espectro divide una señal de frecuencia mixta en sus frecuencias constituyentes y muestra el resultado en forma de histograma:(Figura siguiente)

El medidor de calidad de energía es un analizador de espectro de baja frecuencia.

Cada número en la escala horizontal de este medidor representa un armónico de la frecuencia fundamental. Para los sistemas de energía estadounidenses, el "1" representa 60 Hz (el primer armónico o fundamental ), el "3" para 180 Hz (el tercer armónico), el "5" para 300 Hz (el quinto armónico), y así sucesivamente.

Los rectángulos negros representan las magnitudes relativas de cada uno de estos componentes armónicos en el voltaje de CA medido.

Una onda sinusoidal pura de 60 Hz mostraría solo una barra negra alta sobre el "1" sin que se mostraran barras negras sobre los otros marcadores de frecuencia en la escala porque una onda sinusoidal pura no tiene contenido armónico.

Los medidores de calidad de energía como este podrían denominarse sobretonos medidores porque están diseñados para mostrar solo aquellas frecuencias que se sabe que son generadas por el sistema de energía.

En los sistemas de alimentación de CA trifásicos (predominantes para aplicaciones de gran potencia), los armónicos pares tienden a cancelarse, por lo que solo los armónicos existentes en la medida significativa son los impares.