La creciente demanda de mejoras en la productividad en la economía mundial ha dado lugar a una clara necesidad escalada para el funcionamiento confiable de equipos electrónicos y eléctricos. Por desgracia, el envejecimiento de la red y, a menudo la sobrecargada infraestructura eléctrica, junto a otros complejos industriales, hace que las operaciones sean más vulnerables que nunca a las perturbaciones del sistema de energía.
Al mismo tiempo, también hay una brecha de conocimiento cada vez mayor. Muchas de las personas en los grupos de la calidad de la energía de la industria eléctrica, que han sido hasta ahora responsable de entender las fuentes de los problemas y aportar soluciones, se han retirado o han sido reasignados a otras tareas. Por lo tanto, existe una mayor necesidad de electricistas de planta, contratistas eléctricos, administradores de instalaciones y otros que pueden no tener una formación en ingeniería eléctrica para prevenir y/o resolver problemas relacionados con la CE.
Soluciones para ello abundan, pero primero es quizás instructivo ver cómo algunos de estos problemas de calidad de energía se manifiestan en el mundo real. A tal efecto, los siguientes mini casos de estudio ilustraran cómo los problemas de la calidad de energía pueden afectar las operaciones de la planta, y cómo las soluciones de todos los días se puede aplicar a solucionarlos.
Los Disparos por sobrecarga interrumpen los procesos de manufactura
Situado en un parque industrial, una fábrica de tamaño medio experimentó el cierre repentino de varias unidades de velocidad ajustable (ASD), un acontecimiento imprevisto que causó estragos en los equipos de proceso clave. Aproximadamente a las 6:00 cada mañana, el capacitor de factor de energía propiedad del complejo, comenzó a compensar las cargas inductivas prevalente en muchas de las instalaciones de manufactura del parque. Las ASD se acondicionaron para anticipar este evento programado de calidad de energía y por lo general resolvían el problema. Por eso, cuando uno de los ADS fallo e interrumpió el proceso de manufactura continua, el gerente del complejo necesito encontrar instantáneamente el porqué, corregir el problema y prevenir que volviera a suceder.
Como muestra la Figura 1, un segundo evento, no previsto de condensador de conmutación se produjo poco después del primero. Este evento fue catalogado por la instrumentación de instalación permanente de monitoreo de la CE de la planta que permitió al gerente de la planta identificar la fuente exacta del problema. Análisis posteriores revelaron que el cierre del ASD fue el resultado de un disparo de la sobre carga de corriente que se solucionó rápidamente, evitando así varias horas de tiempo de inactividad, calculado en aproximadamente USD $ 10,000 por hora.
Armónicos generados por el transformador de la planta
A pesar de sus industrias diferencias, las industrias de proceso continuo o por lotes, todas comparten por lo menos dos características en común: (1) las operaciones continuas, por definición, representan importantes costos de arranque y tiempo y (2) que puede ser interrumpidas o perturbadas por las fluctuaciones aparentemente menores en la calidad de la energía. Cualquier interrupción de la corriente significa la pérdida de productividad , pérdida de producto, materiales desechados y una pérdida financiera sustancial.
Como un conocido fabricante de salchichas, salami, mortadela y otros productos cárnicos demostró, los problemas de la calidad de la energía no siempre se crean dentro de la propia planta. En esta planta en particular, la mayor parte de las la carga del proceso consiste en la climatización y refrigeración para un almacén congelador de 560 m2. Cargas adicionales incluyen rebanadoras, cortadoras, prensas y otras maquinarias. La instalación fue energizada por un servicio de alimentación de 120/240V a través de un transformador tipo delta de 500 kVA propiedad de la planta que era compartido también con otra fábrica.
Plagada de interrupciones frecuentes cuando el interruptor principal de 1200 amperios se disparaba, a veces varias veces al día, las mediciones anteriores no había demostrado la causa de los acontecimientos. La mayor medida de la corriente era de tan sólo 760 amperios, que estaba por debajo del umbral que hacía que el interruptor se disparara. De los registros de la calidad de energía, se observó lo siguiente:
• A veces la corriente pico supera la clasificación de 1200 amperios del interruptor, sin causar un disparo. Una interrupción que fue relacionada a este pico de corriente se detectó sólo una vez durante el período de medición. Los análisis adicionales de las formas de onda capturadas revelaron que las tensiones fueron distorsionadas durante esos momentos, lo que provocó el disparo de los otros interruptores y ocasiono que los bancos de los capacitores se quemaran.
• Una medida a largo plazo realizada con un analizador de calidad de energía mostró que la capacidad del interruptor puede ser alcanzada cuando una combinación de tareas se produce al mismo tiempo.
• Dado que la mayoría de la carga en este sitio es lineal, no se generaron armónicos dentro de la planta. Cuando la investigación se torno fuera de la fábrica, la causa de la distorsión se remontó a un transformador de corriente.
El problema se resolvió después de que se sustituyó el transformador, lo que permitió a la fábrica aumentar su capacidad y producción.
Un hundimiento en la Irrupción inducida evita arranque de Motor
Un cliente industrial que opera un par de motores de 1250 hp en un circuito de 4 kV fue bloqueado cuando los motores se negaron a arrancar. Para determinar el problema, un monitor de energía se instalo en la entrada del motor. El instrumento de monitoreo de energía identificó rápidamente el motor en sí como la fuente del problema. De hecho, el arranque del motor provocó que se produjera un hundimiento profundo, que afectó los circuitos de control del motor y evitaba que el motor arrancara. En efecto, el motor se "estaba disparando en el pie," creando un ciclo de incumplimiento.
Al cliente se le presentaron varias opciones de mitigación, incluyendo la adición de más capacidad para el circuito, la instalación de un transformador de voltaje constante, o la instalación de un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). El cliente seleccionó la última opción y se instaló para proteger los circuitos de control del motor durante el arranque y verificada por el analizador de calidad de energía (Figura 2).
Las corrientes de irrupción, como las relacionadas con el arranque del motor, pueden causar problemas de interacción con otras cargas. Cuando los motores se inician, suelen consumir 6 a 10 veces su carga completa, que a menudo da lugar a huecos de tensión que pueden atenuar las luces, desprendimiento de contactores, interrupción del equipo sensible y, como en este ejemplo, afectar el arranque exitoso de un motor. Los monitores de la calidad de la energía que pueden capturar formas de onda durante la duración de un arranque de largo tiempo, son muy eficaces para la caracterización y optimización de arranques del motor.
Conclusión
Lo importante a recordar es que las características de la energía requerida por la carga es compatible con el de la energía suministrada, ya sea por la utilidad o algún tipo de equipo de mitigación. Todo debe de trabajar en forma conjunta en armonía o se asomarán los problemas. Y cuando lo hacen, es probable que lo llamen a usted y al profesional de ingeniería de las instalaciones, para salvar el día.
La buena noticia es que hay muchas excelentes soluciones por ahí para ayudarle a hacer precisamente eso. Dranetz y otros, por ejemplo, no sólo ofrecen una amplitud y profundidad del control de calidad de energía y soluciones de análisis, sino que también es experto en asistencia de ingeniería de aplicaciones y esta a tan sólo una llamada telefónica, de modo que nunca se sentirá como si estuvieras en el limbo, volando por sí solo.
Acerca del Autor
Ross Ignall es Director de Manejo de Producto en Dranetz, una compañia con cede en Edison, Nueva Jersey, EEUU, el proveedor líder de soluciones inteligentes de monitoreo portatiles y fijas para la demanda eléctrica, la energía y el análisis de calidad de la energía. Puede ser contactado en: (800) 372-6832 o rignall@dranetz.com.
