Analizadores de redes eléctricas

Estructuralmente, las redes de energía eléctrica se componen de la generación (centrales), el transporte y los consumos. Por el transporte entendemos, el traslado de toda la energía generada en las centrales hasta donde se encuentran los consumidores, por lo que es necesario crear redes que sean capaces de transportar grandes cantidades de energía a grandes distancias. Para ello, se emplean redes de transporte de alta tensión que conectan las centrales con las subestaciones de transformación y mediante redes de media tensión las subestaciones se conectan con los centros de transformación. En función del nivel de tensión empleado, se pueden considerar dos tipos de redes de distribución:

-Redes de media tensión

-Redes de baja tensión.

Las redes de media tensión, se utilizan principalmente para realizar el suministro de energía a los clientes de tipo industrial y para acercar aun más la energía a los clientes de baja; a los que se distribuirá mediante las segundas, redes de baja tensión desde los centros de transformación. Es evidente que, el diseño y operación de todo el sistema de energía eléctrica requiere una adecuada planificación para garantizar su correcto funcionamiento en todo momento y en el futuro. La planificación de redes de distribución implica la obtención del programa de actuaciones futuras a realizar en la red, de modo que permitan alcanzar unos

determinados objetivos, para tener un funcionamiento adecuado de la red. El objetivo principal consiste en dar un suministro de calidad optimizando costes. En general, los modelos de planificación se basan en modelos de optimización de una función de coste que refleja los costes de la red (inversión, pérdidas, …) y unos costes asociados a la calidad del suministro, de forma que se puedan evaluar ambos términos conjuntamente.

Básicamente, los costes considerados pueden clasificarse en:

· Costes de inversión: correspondientes al material, la mano de obra, la realización del proyecto, etc. Se puede considerar que dicha

inversión se realiza en el momento de la puesta en servicio o que se amortiza a lo largo de toda la vida de la instalación.

· Costes de pérdidas de energía: son costes que se producen a lo largo de todo el período en estudio y su valor es proporcional al cuadrado de la carga, la cual puede permanecer constante o variar durante el período del plan, pero que es preciso estimar, puesto que no se puede conocer a priori. · Costes de mantenimiento: son costes que se producen durante todo el período en estudio y, en el caso de las líneas y cables se pueden considerar proporcionales a la dimensión de la red y función de los tipos de conductor empleados, el tipo de tendido (posado, tensado,

subterráneo, …) o cuestiones geográficas (salinidad, heladas, arbolado, nivel ceráunico).

Para determinar la calidad, cantidad, el flujo y optimización de estas redes, se utilizan los llamados Analizadores de Redes que son instrumentos capaces de analizar las propiedades anteriormente mencionadas de las redes eléctricas, y especialmente aquellas propiedades asociadas con la reflexión y la transmisión de señales eléctricas, conocidas como parámetros de dispersión (Parámetros-S). Los analizadores de redes son más frecuentemente usados en altas frecuencias, que operan entre los rangos de 9 kHz hasta 110 GHz.

Este tipo de dispositivo es muy utilizado en la fabricación de amplificadores de alta potencia y en filtros para señales de radiofrecuencia.

Existen también algunos tipos de analizadores de redes especiales que cubren rangos más bajos de frecuencias de hasta 1 Hz. Estos pueden ser usados por ejemplo en el análisis de estabilidad de lazos abiertos o para la medición de audio y componentes ultrasónicos.

Hay dos tipos principales de analizadores de redes:

SNA (Scalar Network Analyzer) – Analizador de redes escalar, mide propiedades de amplitud solamenteVNA (Vector Network Analyzer) – Analizador de redes vectoriales, mide propiedades de amplitud y fase

Un analizador del tipo VNA también puede ser llamado Medidor de Ganancia y Fase o Analizador de Redes Automático. Un analizador del tipo SNA es funcionalmente idéntico a un analizador de espectro combinado con un generador de barrido. Hasta el año 2007, los analizadores VNA son los más comunes y frecuentemente calificados como los de menor calidad.

Arquitectura básica de un analizador de redes

Los modelos que se encuentran con más frecuencia en el mercado son los de dos puertos, pero también existen modelos de cuatro puertos, y algunos cuentan con algunas mejoras para su fácil operación, como pantalla sensible al tacto y la posibilidad de conectarle un ratón o teclado por medio de puertos PS/2 o USB, inclusive los modelos más modernos cuentan con una plataforma en base Windows por lo que su operación se simplifica considerablemente.

Una nueva categoría de analizadores de redes es la MTA (Microwave Transition Analyzer), que significa analizador de transición de microondas, o LSNA (Large Signal Network Analyzer), que significa analizador de redes de señales largas, los cuales miden amplitud y fase de las armónicas fundamentales. El MTA fue comercializado primero que el LSNA, pero en el primero estaban faltando algunas opciones para una fácil calibración que si están disponibles en la versión LSNA.

Calibración

La calibración de un analizador de redes es un proceso de alta precisión en el cual, se deben tener en cuenta tanto la impedancia en la que se está operando (50 Ohms, en la telefonía celular o 75 Ohms para otras aplicaciones) como las condiciones en las que está operando el equipo. Por este motivo, y dependiendo de la cantidad de Parámetros-S que se requiera medir el proceso puede resultar largo y tedioso por la cantidad de veces que se tuviera que repetir.

El estándar de calibración usa tres dispositivos de prueba llamados OPEN (red abierta), SHORT (red en corto circuito), y THRU (red conectada), los cuales deben ser conectados a los puertos del analizador para que este pueda comparar y establecer la diferencia entre estos tres modos, estos datos son guardados en un registro y cada registro debe ser calibrado independientemente y en el momento en que se le haga una modificación a la red en estudio.

Otro tipo de instrumento para la calibración de analizadores de redes es el módulo de calibración eléctrico (E-Cal), el cual se conecta a este y es automáticamente reconocido y posee una mayor precisión que el equipo de calibración manual mencionado anteriormente. La única desventaja aparente de este dispositivo es que se debe esperar a que alcance su temperatura de operación antes de usarlo.

Actualmente existen Analizadores de redes multifuncionales de nueva generación que mejoran sustancialmente las prestaciones: Precisión: Algunos equipos tienen una clase de precisión de 0,06%.Robustez: Avalada por 4 años de garantía.Conectividad: Se trata de los medidores con mayores opciones de conectividad del mercado, el Nexus 1672, incluso plasma todos los parámetros leídos en una página web parametrizable.

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