Perturbaciones en la Red Eléctrica




    Este alcance comprende las perturbaciones en la red eléctrica para proyectos, las cuales ocasionan una menor calidad en la señal de alimentación suministrada a los equipos; a esto se le conoce precisamente como calidad de la red eléctrica. Las perturbaciones se han vuelto muy importantes ya que en la industria se han detectado el aumento de estas perturbaciones en la red, mismas que pueden ocasionar un mal funcionamiento de un equipo eléctrico o electrónico y en ocasiones pueden llegar a dañarlo permanentemente, trayendo como consecuencia principalmente pérdidas económicas importantes.

    Actualmente, las normas internacionales referentes a la calidad de la energía eléctrica y la contaminación hacia la red eléctrica con corrientes armónicas, han cobrado especial interés debido a las perturbaciones que presenta la onda de tensión que proporciona la red. Idealmente esta onda de tensión debe ser una senoide pura con una frecuencia constante; sin embargo, en la realidad esto no sucede, ya que la onda de tensión presenta perturbaciones como: ruidos en modo diferencial o común, impulsos eléctricos, variaciones rápidas o lentas de tensión, parpadeo (flicker), distorsión armónica y variaciones de frecuencia. Si la red eléctrica se encontrara libre de usuarios, ésta presentaría una onda de tensión de buena calidad, la cual se vería perturbada ocasionalmente debido a fallas en los centros de generación, de distribución o debido a descargas atmosféricas, principalmente. Sin embargo, cuando un número muy grande de usuarios está conectado a la red, la someten a un número muy grande de cargas eléctricas que aunque funcionen correctamente pueden alterar la onda de tensión con caídas permanentes o transitorias excesivas e inyección de corrientes armónicas; además, las cargas pueden averiarse y producir consumos anómalos o cortocircuitos, lo cual puede repercutir en otras cargas que se encuentren conectadas en un punto cercano.

    Las perturbaciones en la red eléctrica se pueden clasificar de la siguiente manera:


    Perturbaciones aleatorias


    Son "fenómenos aleatorios pasajeros que tienen su origen tanto en los elementos de la red eléctrica, como en la propia instalación del usuario. La consecuencia típica de estas perturbaciones es una caída de tensión transitoria, y en ocasiones un corte más o menos prolongado en algunas zonas de la red. Las causas típicas de estas perturbaciones son los rayos, las maniobras en alta tensión, las variaciones bruscas de cargas y los cortocircuitos".

    Perturbaciones estacionarias

    Son fenómenos de carácter permanente, o que se extienden a lapsos bien definidos que desde el punto de vista de los fenómenos que estudiamos, podemos considerarlos como permanentes. Estas perturbaciones tienen, en su mayoría, origen en el funcionamiento de ciertos equipos localizados normalmente en la instalación del abonado.

    Las perturbaciones más frecuentes en la red eléctrica son las siguientes:

    Ruidos e impulsos en modo diferencial

    Son perturbaciones de tensión que tienen lugar entre los conductores activos de alimentación (fase y neutro en sistemas monofásicos; fases o fase y neutro en sistemas trifásicos). Si son frecuentes y de escaso valor (decenas de voltios más o menos), se llaman ruidos.

    Si son esporádicos y de valor elevado (cientos de voltios), se denominan impulsos, es decir, cuando su duración es inferior a 2 ms. Los ruidos eléctricos se producen debido al funcionamiento de máquinas eléctricas con escobillas, soldadoras de arco, timbres, interruptores, etc., los cuales se encuentran conectados en algún punto cercano a la carga utilizada.

    Por otro lado, los impulsos eléctricos suelen producirse por conexión y desconexión de bancos de condensadores, funcionamiento de hornos de arco, máquinas con escobillas, interruptores, termostatos y por descargas eléctricas. De todas las perturbaciones, son las más aleatorias y menos predecibles. Este tipo de perturbaciones puede producir daños muy serios en los equipos.


    Variaciones lentas y rápidas de tensión

    Se considera una variación lenta de tensión, aquella que se presenta con una duración de 10 segundos o más. Se produce debido a la variación de las cargas en redes eléctricas con impedancia alta de cortocircuito. Si sobrepasan los límites estáticos permitidos por los equipos, pueden producir fallos en su operación.

    Por otra parte, una variación rápida de tensión tiene una duración menor a los 10 segundos. Se producen debido a la conexión y desconexión de cargas grandes y maniobras en las líneas de la red eléctrica. El daño que pueden causar en los equipos depende de su amplitud y su duración, dado que un equipo puede soportar una mayor amplitud en un menor tiempo y viceversa. Como casos particulares de estas perturbaciones, se encuentran el parpadeo (flicker) y los microcortes.


    Parpadeo (flicker)

    Es una variación rápida de tensión de forma repetitiva, similar a la modulación de amplitud de una onda de alta frecuencia por una onda de baja frecuencia. Produce en las lámparas un parpadeo visible y molesto (de aquí el nombre); se debe principalmente al funcionamiento de hornos de arco y equipos de soldadura. En general no produce daños en los equipos a menos que la variación sea muy pronunciada.


    Microcortes

    Son anulaciones en la tensión de la red eléctrica (o reducciones por debajo del 60% de su valor nominal) con una duración menor a un ciclo. Se deben principalmente a defectos en la red eléctrica o en la propia instalación del usuario. Pueden producir mal funcionamiento en cargas muy sensibles y errores en las computadoras.


    Cortes largos

    Son anulaciones de la tensión de red (o reducciones por debajo del 50% de su valor nominal) de duración mayor a un ciclo. Se producen generalmente por fallas o desconexión de las líneas de alimentación y por averías en los centros de generación y de transformación. Obviamente, este tipo de perturbaciones ocasiona un fallo total del equipo que está siendo alimentado; sin embargo, algunas computadoras pequeñas pueden soportar un corte de poca duración (dos ciclos aproximadamente).


    Distorsión

    Es una deformación de la forma de onda de tensión, debida a la presencia de armónicos. Su nombre técnico es Distorsión Armónica Total (THD por sus siglas en inglés). Se debe principalmente a la conexión a la red eléctrica de máquinas con núcleo magnético saturado, convertidores estáticos (rectificadores controlados yno controlados, sistemas de alimentación ininterrumpida, fuentes conmutadas) y otras cargas no lineales. Casi todas las cargas críticas como lo son los equipos electrónicos soportan una distorsión máxima del 5%.


    Variaciones de frecuencia

    Son cambios en la frecuencia de señal senoidal proporcionada por la red, que en Europa es de 50 Hz y en América de 60 Hz. Normalmente resulta muy raro que se presente este problema en la red eléctrica en condiciones normales y puede llegar a ocurrir debido a la interconexión de los centros de generación de energía eléctrica. Generalmente sólo se producen en centros con generación aislada de tensión como lo pueden ser redes eléctricas rurales aisladas que obtienen energía eléctrica a partir de generadores de combustión interna, paneles fotovoltaicos, generadores eólicos o en plataformas de explotación petrolera.

    Estos diferentes tipos de perturbaciones comunes en la red eléctrica, las cuales pueden ocasionar funcionamientos anómalos en las cargas eléctricas, incluso destruirlas; por lo que es necesario que las cargas eléctricas del usuario cuenten con una seguridad de alimentación y además, calidad en la onda de tensión que recibe de la red eléctrica para el funcionamiento correcto de los equipos.

    Es recomendable realizar estudios de calidad de la energía para evitar grandes pérdidas económicas en instalaciones industriales que cuenten con procesos continuos, como por ejemplo: la industria metalúrgica, la industria cementera e industrias químicas, por mencionar algunas de ellas.

    La corrección de estas perturbaciones se puede lograr con:

    • Dispositivos específicos
    • Dispositivos universales

    Los dispositivos específicos:

    • Reguladores de tensión: Su función es reducir los márgenes de variación del valor eficaz de la tensión de alimentación del receptor.(U2 - U0) < (U1 - U0). Una opción particular, para el caso de tomas variables, es el autotransformador regulado.
    • Conjunto motor-generador: Su función es alimentar el receptor sensible desde un generador que mantiene su tensión constante.
    • Reactancias controladas: Tienen como función disminuir las variaciones de la potencia demandada que están asociadas a variaciones de su componente reactiva. Su utilización típica es en hornos de arco. Su función es compensar los incrementos de demanda de potencia reactiva corrigiendo las correspondientes variaciones del cosφ de forma que se mantenga aproximadamente constante a un valor prefijado.
    • Condensadores controlados: Estos dispositivos son análogos a las reactancias controladas, sustituyendo la reactancia inductiva por condensadores.
    • Estabilizadores magnéticos: La compensación de los incrementos de potencia reactiva se efectúa mediante la conexión de un transformador en paralelo con la carga.
    • Arrancadores de motores: Su función es limitar las potencias demandadas -muy superiores a las nominales- durante su proceso de arranque. Y-Δ
    • Inmunización de contactores: Esta medida se basa en la utilización de retardadores capacitivos que evitan la apertura de los contactosante una reducción brusca de la tensión de alimentación.
    • Condensador de almacenamiento: La descarga de un condensador mantiene la alimentación de un circuito de corriente continua frente a un hueco o un corte breve. Es apropiada para huecos y cortes inferiores a un segundo.
    • Conjunto motor-generador: Se trata de un conjunto motor volante de inercia generador.La energía cinética almacenada permite mantener la velocidad del sistema durante intervalos cortos de tiempo. Cuando aparece un hueco de tensión o un corte breve, la energía mecánica se libera, manteniendo la tensión de alimentación. Como medida de corrección se suelen utilizar supresores. Se trata de un elemento, conectado en paralelo con el receptor, que posee una impedancia muy elevada para valores cercanos a la tensión nominal de dicho receptor y muy baja, respecto de la de éste, a partir de un valor determinado de tensión superior a la nominal.
    • Supresores comunes: Varistores, Diodos zener.

    • Equipos protectores de sobre tensiones: Como en cualquier problema la mejor solución para evitar un efecto no es mitigarlo, sino eliminar la causa que lo produce. En nuestro caso, eliminar los armónicos de la red.

    Actualmente los sistemas más empleados son:

    • Filtros pasivos basados en condensadores e inductancias.
    • Filtros activos sofisticados sistemas electrónicos que empiezan a hacer su aparición en el mercado, son costosos y delicados. No gozan aún de total aceptación.

    Sistemas de corrección universales

    Se engloba bajo esta denominación a los correctores de red que utilizan componentes electrónicos de potencia y son capaces de corregir prácticamente la totalidad de las perturbaciones.

    • Acondicionadores de red. Son dispositivos cuya misión es corregir las perturbaciones en tensión -red de alimentación- y en corriente -cargas contaminantes se conoce como Filtro activo de tensión.
    • Filtros activños de corriente. Se denomina así a los que eliminan las corrientes armónicas producidas por los receptores. Para prevenir fuertes variaciones transitorias de frecuencia que pudieran afectar gravemente a los equipos conectados a una red eléctrica, se recomienda disponer de un sistema de deslastre por frecuencia. Es posible disminuir el grado de asimetría aplicando una o varias de estas acciones:
    • - Repartir las cargas monofásicas, consiguiendo una distribución más homogénea entre las tres fases.

      - Instalar equipos y dispositivos correctores, tales como condensadores y bobinas de inductancia.

      - Conectar la carga monofásica en un punto que tenga una potencia de cortocircuito o una tensión más elevadas. Rendimiento energético en % de algunos sistemas de corrección. Cabe señalar que, en algunos casos, hay que utilizar combinaciones de varios dispositivos. Por ejemplo, es necesario instalar filtros de armónicos juntos a los SAI, ya que estos últimos son fuentes de armónicos.


perturbaciones electricas



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