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Uso y aplicación de los analizadores de redes eléctricas

El analizador de redes es una herramienta básica para un auditor o técnico eléctrico que desee ejecutar un plan de medidas para un estudio energético completo de una instalación o proceso. Estos equipos pueden ser fijos o portátiles, y permiten tomar medidas de energía, potencia y calidad de señal en máquinas eléctricas, subsistemas aislados, o bien, de la red completa.

¿Para qué sirve un analizador de redes?

Un analizador de redes eléctricas, también denominados registradores de red,  en una herramienta indispensable  como soporte los siguientes análisis:
  • Estudios de carga – permite verificar la capacidad de la red eléctrico antes de agregar nuevas cargas, o bien, para ajustar la potencia de su suministro. Posibilita también conocer el factor de utilización de un equipo o subsistema.
  • Evaluaciones de energía – posibilita conocer el consumo de energía antes y después de realizar mejoras en su instalación, para medir y verificar el ahorro de energía obtenido.
  • Mediciones de armónicas – permite descubrir problemas con las armónicas que pueden causar daños o perturbar a equipos críticos.
  • Captura de sucesos de voltaje – monitorice la existencia de huecos de voltaje y sobretensiones que causan restablecimientos espurios o activación inexplicada de disyuntores.

Manejo de los analizadores de redes

Es aconsejable que el profesional que maneje estos equipos tenga la capacitación adecuada y el conocimiento del procedimiento de seguridad a aplicar en instalaciones eléctricas. Los pasos a seguir en el manejo de un analizador de redes eléctricas son:
  1. Verificar los sistemas de seguridad
  2. Preparar el equipo de medida
  3. Configurar el equipo (topología de la red , fecha y frecuencia de media)
  4. Establecer la conexión del equipo empezando por este orden: puesta a tierra, pinzas de tensión y sondas amperimétricas
  5. Encendido del analizador y comprobación de la señal
  6. Iniciar el registro de las medidas (diarias, semanales, mensuales)
  7. Desconexión del equipo y descarga de datos
La gran mayoría de fabricantes de estos equipos ponen a disposición de los usuarios el software para la descarga y con capacidades para el procesamiento de los datos obtenidos y la presentación de informes.

Riesgos laborales

El riesgo inherente en el manejo de estos equipos y su conexión a la red está en la electrocución. En todo momento, deberá observarse con cuidado las normas de seguridad relativas a redes eléctricas y emplear EPI (Equipos Protección Individual) adecuados a la normativa. Dichos equipos de protección básica aplicables en el manejo de analizadores de redes portátiles son:
  • Botas aislantes
  • Guantes de protección dieléctricos y cubreguantes (al menos clase 00)
  • Casco de seguridad para electricistas
  • Gafas de protección y/o, preferentemente, pantalla adherida al casco.
  • Detector de tensión en el caso de que sea factible trabajar desconectado a la red
La ropa deberá ser preferiblemente de algodón sin ningún componentes de metal y con mangas largas para evitar riesgo de arco eléctrico. Por tanto, siempre que sea posible, se realizará la medida sin tensión, aunque existen equipos que no se pueden apagar o cuyo rearme es costoso por lo que a veces no queda más remedio que conectar el equipo con carga.

Certificado de calibración medida

Todo equipo analizador de redes deberá tener el certificado de calibración emitido por una entidad acreditada (ENAC) que permita dar veracidad a las medidas realizadas. La calibración del analizador de redes es indispensable para aseverar que el instrumentos es fiable y presentan una buena repetibilidad. Por ello, se recomienda revisar estos equipos y renovar el certificado anualmente.

Casos prácticos

A continuación, se ilustra el resultado de las medidas realizadas con un analizador Fluke 1735 sobre un equipo industrial monitorizado durante una mañana (3 horas). El registrador se configuró para almacenar un registro por minuto.

Estudio de carga

Se acompaña un gráfico con la evolución temporal de la potencia activa y reactiva del equipo: Análisis carga El equipo tiene una potencia base de 15 kW conectado a la red trifásica (3 x 400V). Se observa un pico de carga entre las 10:00 y las 10:40 que alcanza el doble de potencia. Adicionalmente, se registran incrementos de aproximadamente 5 kW en pequeños ciclos simétricos que duran entre tres a cuatro minutos. A tenor del gráfico, la carga analizada es no lineal, por su repetitividad cíclica, lo cual presupone que tendrá una distorsión en la calidad de la señal eléctrica. El consumo energético total fue de 55 kWh, lo cual supuso un coste de 2€/h según la tarifa de acceso del suministro.

Análisis del factor de potencia

Por otro lado, las medidas del factor de potencia en el tiempo indican que el equipo contribuye directamente a la penalización en la factura eléctrica por este concepto al situarse por debajo de 0,95 (para más información, véase este artículo del blog).

Factor de potencia

Equilibrado de fases

En este otro caso de prueba, verificamos si las fases están equilibradas en términos de intensidad y tensión, respectivamente: En conclusión, la fase 1 se encuentra algo menos sobrecargada, mientras que la fase 2 presenta un valor de voltaje un 4% superior. El perfil de la curva de tensión para las fases 2 y 3 es muy similar, en cambio, la fase 1 es diferente.

Calidad de señal

El análisis de los armónicos permitirá valorar el impacto de la calidad en el rendimiento de los equipos. La intensidad en la fase 2 es la que mayor distorsión armónica presenta, cuyo gráfico es el que se acompaña: Análisis de armónicos La gráfica anterior indica la presencia de un quinto y séptimo armónico en la intensidad de la fase 2. En este otro artículo del blog de MaesWell, se desarrolla este caso de forma más extensa.
 

Compensación de energía reactiva

La energía reactiva es la demanda extra de energía que necesitan algunos equipos como motores, transformadores e iluminarias para su funcionamiento. El exceso de esta energía está penalizado por BOE (Artículo 9.3 del Real Decreto 1164/2001y todas las distribuidoras lo repercuten íntegramente a sus clientes. Sepa más cómo identificar este coste en su factura y conozca la solución para compensar el efecto en su instalación.

El coste de la penalización

Esta energía extra, se origina por equipos con inductancias o bobinas, y puede llegar a descompensar su instalación eléctrica provocando efectos adversos como:
  • Recargo por la penalización en factura
  • pérdida de potencia útil en las instalaciones
  • menor rendimiento en los aparatos eléctricos
  • caídas de tensión y perturbaciones en la red eléctrica
  • mayores pérdidas por efecto Joule en toda la instalación, al requerir mayor sección necesaria de los cables
  • transformadores más recargados.
Todas las tarifas de más de 15 kW de potencia contratada (Tarifa 3.0 o superior) disponen de un contador de energía reactiva.  La penalización por energía reactiva está asociada a factores de potencia menores de 0,95, y se calcula de la siguiente forma:

Coste por exceso de reactiva (€) = (E. Reactiva [kWh] – 1/3 • E. Activa [kVArh]) • precio de la E. Reactiva [€/kVArh]

Y en donde el factor de potencia (cos φ) se calcula como: cos varphi = frac{Energia Activa}{sqrt{Energia Activa^{2}+Energia Reactiva^{^{^{2}}}}} El precio vigente de la E. Reactiva  viene estipulado en la siguiente tabla (Orden ITC/688/2011):
Factor de Potencia ( cos φ )

€/kVArh

cos φ < 0,95 y hasta cos φ = 0,80

0,041554

cos φ < 0,80

0,062332

Equipos que consumen energía reactiva

Sirva de ejemplo agunos f.d.p que introducen en la red algunos equipos industriales a la red eléctrica:
Equipo

cos φ

Motor asíncrono al 50% de carga 0,73
Motor asíncrono al 100% de carga 0,85
Grupo rotativo de soldadura / soldadura por arco 0,7 – 0,9
Lámparas de fluorescencia 0,5
Lámparas de descarga 0,4 – 0,6
Horno de arco 0,8
Horno de inducción 0,85

Ámbito de aplicación

Esta penalización no aplica en las tarifas 2.0X y 2.1X, pues la mayoría de estos suministros no disponen de un contador de energía reactiva. En cambio, sí es de aplicación en estos tipos de suministros:
  • Tarifas 3.0A o 3.1A  sobre todos los períodos tarifarios, excepto en el período valle.
  • Para las tarifas 6.X, la penalización por reactiva es de aplicación en todos los periodos, excepto en el periodo 6.

Estudio de mercado

Un informe realizado por Endesa, sobre el comportamiento energético de las empreas españolas en 2016, sostiene que en materia de energía reactiva:
  • El 78% de las empresas analizadas no dispone de equipos de baterías de condensadores que controlen al 100% su energía reactiva.
  • El 67% de las inversiones necesarias son rentabilizadas en menos de 4 años.
Los sectores industrial y, por otro lado, hostelería y restauración, son los que mejor retorno de la inversión presentan con este tipo de mejoras. La compensación de reactiva es, después de la optimización de potencias, la segunda Medida de Ahorro Energético más popular, y seguida por el cambio a iluminación eficiente LED.

Caso práctico

Como norma general, empieza a ser económicamente viable la instalación de baterías de condensadores a partir de una cuota mensual de 75€ en concepto de penalización en la factura de la luz. De esta forma, el retorno de la inversión sería inferior a 2 años lo cual es asumible por muchas empresas y negocios. El proceso para la corrección de este efecto es sencillo y consiste en realizar los siguientes pasos:
  1. Verificar en las facturas si existe penalización por energía reactiva y registro de sus consumos.
  2. Análisis y diseño de la solución para la compensación,  y valoración de la viabilidad económica:
    • Cálculo de la potencia de la batería
    • Tensión y TDH (Tasa de Distorsión Armónica)
    • Elección de la batería con escalonado apropiado
    • Ubicación de la batería y protección
  3. Instalación del equipo de compensación, habitualmente baterías de condensadores colocadas en el cuadro general de BT (CGBT).
  4. Medida de la energía reactiva, monitorización posterior y verificación.
La presencia de armónicos en una instalación no es el mejor escenario posible para instalar una batería de condensadores. Si la frecuencia de resonancia del conjunto batería/inductancia de la red coindice, o es próximo a algún armónico  presente en la instalación, provocará resonancia entre ambos componentes. Esto es necesario verificar antes para evitar el consecuente calentamiento o incluso destrucción de la batería de condensadores.

Componentes de la instalación

La instalación puede ser diseñada con compensación fija (solución más simple) o variable. Los componentes principales de la solución empleada para compensar la energía reactiva de forma variable son:
  • Un regulador, es la pieza clave que determina la potencia reactiva a compensar en cada instante. El regulador hace las funciones de relé y manda la señal de apertura o cierre a los contactores.
  • Los contactores (o tiristores) se encargan de conectar o desconectar los condensadores según la demanda de energía reactiva.
  • Y por supuesto, los condensadores que liberan capacidad el sistema y corrigen el factor de potencia de la instalación hasta encuadrarlo entre el 0,95 y el 1, intervalo en el que no penaliza. Normalmente estas baterías constan de varios escalones para poder ajustar su conexión a la carga.
Algunos de principales referentes de equipos para BT son Scheider, Circuitor, Aunilec, Comar Condensatori y RTR Energía. Estos equipos no requieren demasiado mantenimiento y tienen una vida útil superior a 10 años. Al coste de estos componentes hay que añadirle la mano de obra de la instalación equivalente a media jornada-hombre por parte de un electricista. Por término medio, para una tarifa 3.0, la inversión necesaria se encuentra entre 1.000 y 1.500€.

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