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Disturbios Eléctricos

Disturbios Eléctricos

9th Sep 2019

¿Que son los disturbios eléctricos?

cualquier perturbación en los sistemas de energía eléctrica, que se manifiesta en desviaciones de las condiciones adecuadas de tensión, corriente o frecuencia y que afectan el funcionamiento de los diversos tipos de equipos conectados al sistema, o en otras palabras, cualquier perturbación en los sistemas de energía eléctrica.

Debido a la incorporación de grandes cantidades de cargas no lineales en redes eléctricas, es mas complicado suministrar a los clientes el voltaje y corriente con la calidad necesaria. esto puede ser perjudicial para los equipos de alta tecnología sensibles a las variaciones de los parámetros eléctricos fundamental.

tipos de disturbios

  • Interrupciones.
  • Alta tensión de corta duración (swells).
  • Alta tensión constante.
  • Baja tensión de corta duración (sags).
  • Baja tensión constante.
  • Picos de alto voltaje.
  • Ruido eléctrico.
  • Variaciones en la frecuencia.
  • Distorsión armónica.
  • Muescas (notches).

Los siguientes conceptos se mencionara los diferentes tipos de disturbios eléctricos que afectan la calidad de la energía.

Depresiones de voltaje (SAGS): Decremento entre 0.1 y 0.9 pV en voltaje rms a la frecuencia de suministro con duración entre 10 ms a 1 min.

SWELL: Incremento entre 1.1 y 1.8 pV del voltaje rms a la frecuencia del suministro con duración de 10 ms a 1 min.

Desbalance de Voltaje: En un sistema trifásico los voltajes tienen diferentes amplitudes desde menos un ciclo hasta varios ciclos.

Interrupciones: Se refiere a la perdidas en el voltaje suministrado desde menos de ciclo hasta varios ciclos.

Pico de voltaje. Es un incremento en el nivel de voltaje que tiene una duración de micro-segundos. Se presentan en forma de impulsos de voltaje de corta duración, superpuestos en la señal de alimentación y frecuentemente intermitentes. Es provocado principalmente por fallas en la red eléctrica, descargas atmosféricas, así como conexión y des-conexión de grandes cargas o capacitores para la corrección del factor de potencia (switcheo), la figura 1.6 representa un pico de voltaje típico en la señal de tensión

Transitorios: Se refiere a disturbios súbitos en el voltaje o corriente de suministro de corta duración. En general tienen una duración en el rango de 30 a 200 us.

Fluctuaciones de Voltaje: Son variaciones en el voltaje o una serie de cambios aleatorios, los cuales regularmente no exceden el rango de 0.95 a 1.05 pV. Comúnmente este efecto es provocado por cargas que presentan variaciones continuas y rápidas de corriente como los arcos de función a si como las soldadores que causan comúnmente la variaciones de voltaje en el sistema de distribución y trasmisión en la red eléctrica.

Variaciones de larga duración en el voltaje: Son aquellas con una duración mayor a un minuto, y esto se debe a la mala regulación de transformadores y equipos conectados como un banco de capacitares que se instalan para compensar potencia reactiva que ayuda a mejorar perfil de voltaje.

Variaciones de corta duración en el voltaje: Son aquellas elevaciones momentáneas en el voltaje que tendrán una duración de 1/2 ciclo a un minuto, mientras la magnitud del voltaje será de 0.1 a 0.9 pV.

Las fuentes de Disturbios eléctricos

las variaciones cortas de voltaje son ocasionadas por por condiciones de falla de red eléctricas, conexiones de cargas grandes.

Las fuente de las depresiones de voltaje: La mayor parte de las depreciaciones de voltaje en las redes eléctricas se atribuyen a fallas en la red eléctrica. el mayor número de fallas en los sistemas eléctricos a nivel industrial son las fallas monofásicas a tierras. Las fallas trifásica suelen ser mas graves pero menos comunes.

También existen existen diferentes tipos de eventos que pueden causar variaciones de la forma de onda de voltaje o corriente, como;

  • Condiciones de clima, rayos, viento y hielo.
  • Contaminación de los aislantes.
  • Variaciones en la carga total de los sistemas de distribución.
  • Bancos de capacitares.

Muescas (notches).

Son disturbios de voltaje con una duración menor a medio ciclo, que inicialmente son de polaridad opuesta a la forma de onda, por lo cual, son sustractivos en términos de voltaje pico del disturbio. Esto incluye pérdida completa de voltaje menor a medio ciclo, la cual es provocada por la energización de capacitores en las plantas generadoras, en líneas de transmisión, o en las instalaciones del usuario.

categorías de variación de calidad electrica

Afectaciones de los disturbios.

En la actualidad sabemos que los disturbios no sólo afectan el funcionamiento de los equipos que se conectan a la red de suministro y a los que forman parte de la misma red, sino que además disminuyen el tiempo de vida útil de los elementos que los componen. Algunas de las afectaciones son:

  • Sobrecalentamiento de cables,
  • conductores y transformadores
  • . Incremento de las pérdidas reactivas de los transformadores.
  • Errores en la medición.
  • Operación incorrecta de sistemas de protección.
  • Daño en elementos primarios de la red.
  • Daño bancos de capacitores de corrección de FP.
  • Incrementos en la ocurrencia de cortes en el suministro.
  • Variaciones de tensión.
  • Pérdidas económicas causadas por la detención de procesos completos.
  • Daños en equipos sensibles.
  • Pérdida de información en equipos de informática.
  • Operación deficiente de sistemas de señalización.
  • Acortamiento de la vida útil de los equipos, entre otros.

Los disturbios pueden afectar a los sistemas eléctricos dependiendo de su magnitud y duración, es así como se pueden manifestar en menor o mayor grado sobre los equipos, algunos de los efectos producidos por los disturbios son:

  • Ruido e impulsos eléctricos: Estos pueden ocasionar un funcionamiento errático en cualquier tipo de computadora, se puede inhibir o desprogramar, errores de paridad, teclados bloqueados o información perdida, corrupción de datos, problemas de comunicación, etc. Si la magnitud del disturbio es muy elevada, el daño puede ser físico e irreversible.
  • Sobre voltajes y bajo voltajes: Los bajos voltajes del orden del 90% del valor nominal y por un tiempo aproximado de tres ciclos o más serán detectados por los drives como una condición de falla, por lo que operarán interrumpiendo el suministro de energía. Los bajos voltajes al momento del arranque de grandes motores, pueden ocasionar que los contactares de los mismos se abran debido al incremento en la corriente que circula por ellos, o en el caso de que éstos no abran se puede dañar el aislamiento de las bobinas. De la misma forma ésto es capaz de producir un sobrecalentamiento de los alimentadores, dañando el aislamiento de los mismos lo que podría provocar un incendio. Por otra parte los sobre voltajes con duración muy larga, pueden dañar el aislamiento de la electrónica de los equipos.
  • Distorsión armónica: Este tipo de disturbio puede ocasionar funcionamiento errático de algunos variadores, calentamiento de cables, transformadores y disparos anticipados de interruptores, así como pérdidas innecesarias en el equipo del consumidor, y en determinadas circunstancias, produce zumbidos e interferencia en líneas telefónicas vecinas.

La seguridad del suministro es un aspecto importante en la alimentación de sistemas sensibles y cargas críticas. Una interrupción en la alimentación puede causar la pérdida de muchas horas de trabajo y dinero en centros de gestión, cálculo, diseño, instalaciones industriales de procesos continuos e incluso poner en peligro la vida de personas (control de vuelos, unidades de vigilancia intensiva en hospitales, etc.).

La protección contra fallas en sistemas de distribución de energía eléctrica de las empresas suministradoras.

  • El resultado de una falla se puede presentar como una tensión y/o una sobre corriente en un sistema de distribución, debido principalmente a causas primarias como descargas atmosféricas, efectos de construcciones, accidentes, fuertes vientos, árboles, animales y vandalismo, que afectan los conductores. Estas fallas son normalmente detectadas por los relevadores de sobre corriente que inicializan la operación de equipo para liberar la falla.
  • Los sistemas de distribución incluyen una serie de dispositivos, como son los relevadores, interruptores, restauradores, fusibles y seccionadores, que liberan las fallas. Los restauradores e interruptores restablecen el servicio de forma inmediata después de una falla transitoria. No así los cortacircuitos que han operado y que se les debe reponer el fusible antes de ser restablecidos.
  • Los dispositivos de protección pueden reducir el número de usuarios afectados por una falla, reducen el tiempo de interrupción por fallas temporales y ayudan a localizar las fallas, disminuyendo la duración de la interrupción.
  • Los restauradores e interruptores abren el circuito con señal de sobre corriente para prevenir el flujo de corriente y re cierran después de un lapso de tiempo. Si la falla no desaparece después de la operación de un re cierre, puede ocurrir un ciclo de apertura y cierre, o bien, quedar el circuito abierto.

Técnicas de atenuación de los disturbios.

Entre los principales métodos para mitigar los disturbios presentes en las instalaciones se encuentran los siguientes:

  • Puesta a tierra aislada. Es la implementacion de un cableado que conecte a los receptáculos que proveen de energía eléctrica a las cargas sensibles, el cual comprende el cableado normal para una instalación eléctrica, como es la fase, el neutro (o puesto a tierra) y la conexión del conductor desnudo de puesta a tierra que se conecta a la chalupa del contacto, y además lleva un cable de tierra aislada, el cual irá conectado directamente a la subestación, electrodo de tierra o una conexión a tierra física, y se conectará a la entrada de tierra en el receptáculo, el cual debe ser del tipo “tierra aislada”
  • Línea dedicada. Es la implementación de un tablero separado y de uso exclusivo para las fuentes de tipo no lineal, para prevenir la contaminación del suministro a otros equipos. Esto soluciona los problemas de impulsos o cortes momentáneos de energía provenientes de equipos conectados al mismo circuito o tablero, aunque no logra dar solución a todos los problemas debidos a la interacción de cargas salvo las que llegan a presentarse dentro de un mismo circuito.
  • Transformadores de aislamiento. Son dispositivos magnéticos que ofrecen una separación física entre la entrada y la salida del mismo. Puede solucionar la presencia de ruido, la contaminación de armónicas de otras fuentes y también caídas de tensión. Estos pueden ser de tipo normal o con un factor K, el cual además de brindar la protección mencionada, es capaz de soportar las corrientes de armónicas, e incluso se pueden encontrar con filtros para la mitigación de las mismas. El factor K es una constante que nos indica la capacidad que posee el transformador para alimentar cargas no lineales (por ejemplo: hornos de inducción, Drive, sistemas de computo) sin exceder la temperatura de operación para la cual esta diseñado. A su vez, cumple la función de ser un indicador de la capacidad del transformador para soportar el contenido de corrientes armónicas, mientras se mantiene operando dentro de los Iímites de temperatura para la cual está diseñado
  • Filtros. Los filtros son elementos eléctricos lineales que discriminan el paso de una determinada frecuencia o gama de frecuencias, dependiendo de las características del filtro y su capacidad. Solucionan problemas de corrientes armónicas, al drenar la corriente armónica de la frecuencia en la que se encuentre sintonizado. Pero la colocación de los filtros se debe realizar con cuidado, ya que estos están muy limitados por la cantidad de corriente que son capaces de filtrar
  • Supresores de sobretensión transitoria (o de picos). Es un dispositivo eléctrico que es capaz de bloquear tensiones que se producen en el suministro eléctrico o por descargas atmosféricas, que son llevadas de forma segura lejos de los equipos a proteger. Los supresores protegen a la instalación contra elevaciones repentinas y de corta duración en la tensión, aunque si estas se presentan con una duración mayor a la que establece el equipo, los fusibles se pueden quemar, al igual que si el valor de tensión eficaz que se tiene en la línea es mayor al que se especifica en el equipo.
  • Transformador de tensión constante o ferroresonante. Son trasformadores que cuentan con devanados secundarios que compensan y neutralizan cambios en la tensión, además de tener un condensador conectado al devanado compensador y al secundario, con lo que se proporciona una realimentación magnética. Éstos son capaces de aislar la carga y de regular la salida de tensión, por lo que protegen contra impulsos, ruidos, sobretensiones, sags y corrientes armónicas.