Calidad de Energía en un Mundo Digital

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Desde 2010 a la fecha, Aglietto Ingenieria SRL publica diferentes artículos relacionados a aspectos técnicos de la Ingeniría. 

En la primer parte introductoria se hablo sobre las generalidades de los aspectos involucrados, en las próximas entregas entraremos el apasionante mundo de CE y veremos algunos de ellos:

PARTE I: Puesta a Tierra

PARTE II: Sobretensiones Transitorias

PARTE III: Armónicos

PARTE IV: Reguladores y UPS 

PARTE V: Reacción del cuerpo ante choque eléctrico

Esp. Ing. Guillermo Aglietto (Mat: 1.2016-2) | AGLIETTO INGENIERIA SRL

Contacto: guille@agliettoingenieria.com.ar

www.agliettoingenieria.com.ar

 

PARTE I: Puesta a tierra

Introducción

Éste artículo tiene por finalidad realizar un repaso de algunos de los efectos de calidad de energía orientados al proceso que durante 40 años de Aglietto Ingeniería SRL pudimos relevar medir diagnosticar y mejorar, con la intención de dar una visión general sobre un problema que año a año será más común y necesitará más intervención por parte de los ingenieros.

Es importante generar consciencia a Técnicos e ingenieros, gerentes responsables de mantenimiento, propietarios e instaladores, contadores, responsables de seguridad y medio ambiente de las empresas.

 

Definiciones

Algunos términos que escuchamos a menudo y no siempre recordamos, y que debemos tener presentes ante un correcto diagnóstico de instalaciones.

La lista es larga, pero podemos destacar:

Puesta a tierra

Transitorio

Armónicos (harmonic)

Elevación (swell)

Bajo-voltaje (undervoltage)

Depresión (sag)Interferencia eletromagnetica

Ruido de modo común (common- mode noise)

Ruido de modo diferencial (transverse-mode noise o differential mode noise)

Blindaje (shield)

Regulación de voltaje (voltaje regulation)

Interrupción (interruption)

Ruido (noise)

Muesca (notch)

Sobrevoltaje (overvoltage)

Pirámide de calidad de energía

Como la mayoría sabe, existe una pirámide de calidad de energía, para ilustrar las razones por las cuales es necesario empezar a hablar primero de la Puesta a tierra, y es bueno refrescar nuestra memoria (fuente gráfico: internet):

Destaco en el gráfico anterior, el hecho de que la base de la pirámide es aplicable a TODA la instalación y a medida que ascendemos, volvemos selectivo a determinados sectores nuestro estudio (evidenciado en el costo sensiblemente superior que requiere)

 

 

Puesta a tierra

Hablar de una Puesta a Tierra, es contemplar un grupo de variables que influyen en un medio determinado: nuestros hogares, nuestras fábricas, nuestra electrónica.

Un mal concepto de puesta a tierra y el desconocimiento de la normativa es el motivo por el cual el 90% de las redes eléctricas industriales que conocemos, tengan defectos graves en sus instalaciones, y que hasta el día de hoy, ART y aseguradoras, incluso auditorías externas, no logren sistematizar su control. Los  propietarios ó responsables de empresas necesitan cuidar la integridad de sus colaboradores e instalaciones, y la necesidad de disminuir gastos de mantenimiento por perdidas o rupturas no programadas.

Los tiempos cambiaron, los efectos adversos de una mala calidad de energía puede provocar el daño de equipamientos sensibles (y no por ser sensible debe ser de reducidas dimensiones); hornos, grandes controles numéricos, detectores de metal, luces led, controladores de cc y ca, hornos inducción,  entre muchos, muchos otros, sufren sus efectos.

 

Requerimientos

Algunos de los aspectos más importantes a las que atiende la puesta a tierra, lo podemos resumir los siguientes aspectos de una correcta Puesta a Tierra.

·       Proporcionar una trayectoria de baja impedancia a las corrientes de falla, de forma que los dispositivos de protección de sobre-corriente operen oportunamente.

·       Mantener una diferencia de potencial baja entre las partes metálicas expuestas para evitar daños al personal

·       Controlar el sobre-voltaje

 

Por eso, no solo basta con una excelente resistencia, podemos tener en nuestra industria valores totalmente bajo norma, pero no nos asegura una buena eficiencia. Además, encontramos cada vez con mayor frecuencia equipamiento extra sensible, como puede ser los equipos de procesamiento de información, entre otros, y que involucra otro aspecto en la Puesta a Tierra al contar con líneas de comunicación con otros equipos y que su propio conductor de referencia cero puede o no estar unido a la tierra de seguridad del equipo; entonces, puede haber una trayectoria común entre los circuitos de señal y los circuitos de alimentación, provocando problemas de ruido por acoplamiento.

 

Finalmente, las líneas de datos muchas veces conducen señales de alta frecuencia, por lo que los parámetros resistencia de puesta a tierra para la seguridad en la instalación puede que no proporcionen la baja impedancia deseada a la frecuencia de la señal, así, es que hay que realizar un correcto estudio y análisis previo a cada caso.

 

Responsabilidades

El 80% de los efectos adversos de la calidad de energía, son provocados por los propios procesos industriales en el interior de las empresas, y solamente el 20% es externo y corresponde a la empresa distribuidora y las descargas atmosféricas.

En Argentina a su vez, el Ente Nacional de Regulación de la Energía (ENRE) establece parámetros mínimos de cumplimiento para las distribuidoras, pero es sabido que para la industria moderna con un grado elevado de automatización y control, el funcionamiento inherente propio de una línea de media tensión es suficiente para sumar eventos de CE a los mencionados.

Proyectar o proyectar

Debemos analizar la calidad de energía en general y en esta primer parte la Puesta a Tierra por algunas simples razones:

·       Tiempo improductivo en líneas producción.

·       Aumento de los costos reparación.

·       Interrupción de servicios y sus pérdidas asociadas.

·       Las multas que tarde o temprano se normalizarán.

·       Pérdidas por acortar la vida útil de equipamientos sensibles.

Puesta a tierra de protección

Todas las partes metálicas que puedan convertirse en peligrosas se deben conectar a tierra, para que las protecciones actúen correctamente en el caso de falla. Se presentará una cierta corriente de tierra (y tensión hacia tierra), así, la protección actúa inmediatamente después de la falla evitando situaciones de peligro, por eso la importancia no solo de la buena proyección e instalación, si no del control periódico de las mismas.

Por lo general, se detectan las situaciones de falla por el valor de la corriente, pero existen otros modos de detección, y por lo tanto diferencias en las exigencias de instalación y sus características.

Existe siempre la presencia de fusibles o dispositivos de máxima corriente, la resistencia de tierra baja favorece la condición de protección, la tensión total es: U = I . R

Evidentemente esta U, debemos evitar que sea peligrosa, y para lograrlo, podemos actuar sobre una variante R, la resistencia a tierra: R = Ucontacto / (C . Idp)

Idp= intensidad dispositivo de protección.

C= dato del fabricante del dispositivo (1,25 a 5).

Aunque parezca sencillo, no es simple lograr estas resistencias, debido a que en un sistema típicamente TT, como los que encontramos en una vivienda (a modo de ejemplo), con una llave termo magnética de 40 A, se necesitaría una resistencia de Puesta a Tierra de 0,75 ohm para que ante un defecto pueda accionar este dispositivo en el tiempo estipulado sin efectos adverso para las personas.

Una vez en la industria, las tensiones peligrosas se mitigan con la equipotencialización de estructuras, los planos metálicos en que se encuentran las personas y las masas de los aparatos (fuentes de peligro).

Algunos autores afirman que la instalación es más segura cuando la resistencia de tierra de las partes metálicas es inferior a la resistencia de tierra del neutro, reuniendo todas las masas y el neutro, y conectándolas a una misma tierra suficientemente baja (en los edificios altos por ejemplo). Pero no debemos olvidar el reglamento de la Asociación Electrotécnica Argentina, quien sugiere diferentes sistemas de Puesta a Tierra para diferentes instalaciones, incluyendo las de uso hospitalario, y a la que hay que remitirse, por lo que los sistemas de tierra obligatorios dependerán del uso. Y otra vez: es importante proyectar.

En otras publicaciones relevadas, y que nos envían nuestros colegas, es común encontrar que se  habla de la utilización de servicios como elementos conductores de puesta a tierra (red de agua, por ejemplo), y es verdad que reglamentos de algunos países así lo permiten. El inconveniente principal que encontramos, es la degradación de estas instalaciones, ya que al ser metálicas, la circulación de corrientes suelo y metal puede producir corrosiones. Entonces hay que tener en cuenta situaciones como estas y al proyectar en otros países por ejemplo, averiguar que normativas se aplica es un buen comienzo, en argentina la reglamentación es clara y acotada en este sentido y no podemos usar ni siquiera bandejas portacbles como conductor PE.

Consideraciones particulares

Conductor de protección (PE) en lo posible puesto a tierra a lo largo de su recorrido en forma redundante.

Aunque en ciertos sistemas con un solo punto a tierra de todo el conductor sea suficiente, tenemos que tener en cuenta que en instalaciones industriales es muy normal que pueda cortarse el conductor en algún punto, por lo tanto tenemos que buscar una solución técnica que nos permita saltar estos inconvenientes.

También desde el punto de vista de la seguridad podemos proyectar una solución, pero al inter relacionarnos con la gerencia de mantenimiento, ingeniería, seguridad y salud, necesariamente vamos a adaptar nuestro proyecto medición control e implementación a las necesidades colectivas.

Encontramos también puntos a considerar en las instalaciones donde se colocan nuevos equipamientos, y no se conoce el sistema de tierra precedente en el resto de la instalación. Muchas veces se mezclan sistema de tierra o se toman nuevas referencias ya sea para un conductor de puesta tierra nuevo o que se decide utilizar el conductor neutro como conductor de protección al mismo tiempo.

Protección para personas vs protección de equipos

En otro articulo hablamos específicamente de la protección de personas con sus implicancias particularidades y como interrelacionan con la probabilidad de incendio electrocución, choques eléctricos y pérdidas materiales. Recomendamos descargar el artículo: Pararrayos sí o pararrayos no? Y el tremendo articulo técnico con un concepto relevador: Seguridad Eléctrica Integral en Instalaciones Industriales.

Simplemente vamos a decir que en el caso de sistemas de tierra TT donde tenemos un disyuntor diferencial, los valores de tierra por ley son claros, pero los valores de tierra de seguridad para valores de tensión de contacto menores de 24 pueden calcularse fácilmente:

Por otro lado el sistema de tierra TN, el valor de puesta tierra que hace que los dispositivos de protección como fusibles actúen el tiempo necesario para evitar un daño a las personas, puede también calcularse y dependerá de la curva de actuación del fusible principalmente.

En el caso de protección de equipos electrónicos, juega un papel importante en muchos casos el valor de resistencia de tierra pero además también valores fundamentales de la impedancia de puesta tierra, y la relación de los acoples capacitivos de otras tierras.

 

 

Ecología también en PaT

En este tema, hay que empezar a prestar especial atención a los materiales utilizados para disminuir el valor resistivo del suelo, y los agregados posteriores para su mantención, y es un aspecto que el proyectista debe conocer, al igual que el deterioro por las elevadas temperaturas o las excesivas lluvias y el deterioro natural de electrodos, estas interactúan con el medio en presencia de aditivos.

Si alguien está pensando en los terrenos rocosos que tenemos en muchas zonas de nuestro país, es verdad que muchas veces es casi inviable las alternativas, pero evitar la profundidad en la penetración de químicos o la utilización de estructuras para PaT adicionales, son ejemplos de las variantes para evitar o disminuir la contaminación.

Que modifica la puesta a tierra?

Temperatura

Suelo

Humedad

Diametro y largo de jabalina

Comparativa de tecnologías de Puesta a Tierra

Recordemos que el sistema de puesta a tierra deber ser elegido de acuerdo a criterios, como el tipo de terreno, la aplicación requerida, la zona a instalar, y como siempre: la relación prestación costo, además podemos analizar rápidamente algunos aspectos de las formas de puesta a tierra más populares (ponderando MB, B, R, M).

Impedancia

Jabalina: MB, Mucha  superficie de contacto y buen poder de agrupamiento.

Malla: B,  Idem superficie pero con mayor extensión de terreno.

Tierras profundas: R, Superficie de contacto mediana y en el manto freático.

Estabilidad (impedancia afectada por las diferencias de lluvias)

Jabalinas: R, Depende de la humedad y sequía del medio ambiente.

Mallas: R, Depende de la humedad y sequía del medio ambiente.

Tierras profundas: B, No depende de la humedad ambiente, pero si del freático.

Durabilidad

Jabalinas: B, varía mucho en función del terreno y sobre todo de la CALIDAD y la película de Cu

Mallas: MB, igual que las jabalinas, y variedad de opiniones en cuanto a la extensión.

Tierras profundas: M, no es necesario decir más.

Impacto Ambiental (químicos utilizados, cantidad y profundidad de instalación)

Es difícil particularizar la situación, y me gusta resumir en la precaución de qué químicos usar o si prescindir de ellos, y por supuesto la cantidad, superficie, y profundidad de la instalación. Finalmente, las tierras profundas tienen un impacto superior al resto de las instalaciones.

Para recordar

Con un correcto diseño y posterior adecuado Sistema de Puesta a Tierra, minimizamos los ruidos y los impulsos, y al sumar el adecuado diseño de protección, reducimos las interrupciones. Para las posteriores mitigaciones de efectos adversos puntuales sobre la calidad de energía, necesitamos previamente tener solucionado el Sistema a Tierra.

Controles periódicos de todas las instalaciones no es pérdida de tiempo, en los últimos 10 años de control periódico de numerosas empresas vemos cómo se crean deterioros, hay cambios en las instalaciones, y se presentan mejoras año a año.

 

Para el final: Economía

Todo termina en un análisis económico, creemos necesario evaluar en todos los casos el costo de pérdidas de energía y compararlos con el costo de la soluciones. Y nunca olvidar: LO IMPORTANTE SON SOLUCIONES CON DISEÑO.

FIN

Ing. Guillermo Aglietto | AGLIETTO INGENIERIA SRL

Mat.: 1.2016-2 CIE Sta. Fe