A continuación presentaremos las principales perturbaciones existentes, sus
causas, las medidas a realizar y los valores límites definidos por norma.
Las normas
Para ayudar al distribuidor y a los usuarios en el control, vigilancia y mejora
de la calidad de las redes eléctricas, se han creado muchas normas. Así por
ejemplo la norma EN 50160 a sido creada con el fin de caracterizar la calidad
de la tensión suministrada. Esta norma presenta los diferentes tipos de perturbaciones
de la tensión observados y medidos en el punto de entrega al cliente, en función
de la forma de onda, del nivel de la tensión, de la frecuencia y del desequilibrio
del sistema trifásico, definiendo los parámetros a analizar y la duración del
registro.
Las Perturbaciones
Variaciones lentas : huecos de tensión, sobretensiones y cortes
La amplitud de la tensión es un factor crucial para determinar la calidad de
la electricidad, ya que constituye el principal compromiso contractual del distribuidor
de energía. Asociada a los problemas de gestión de las redes de transporte y
de distribución (como los ajustes de centrales, los sistemas de protección automáticos,...),
la amplitud de la tensión a menudo e inesperadamente padece variaciones anormales
llegando a bajar hasta niveles cercanos a cero. Para caracterizar estos eventos
habitualmente se utilizan dos parámetros, la amplitud y la duración de la variación.
Se definen varios tipos de defectos : la sobretensión, los huecos de tensión
y el corte. La norma EN-50160 permite como variación máxima de la amplitud un
±10% de la tensión declarada (230 V entre fase-neutro en sistemas trifásico
con neutro o 230 V fase-fase en sistemas trifásicos de 3 conductores).
Las sobretensiones
se miden en amplitud y en duración cuando se supera el umbral superior del valor
máximo permitido (253 Vrms).
Los huecos
de tensión se contabilizan cuando la tensión es inferior al umbral inferior
(207 Vrms). Habitualmente estas variaciones tienen una duración inferior a 0,2s
en Media Tensión y Alta tensión.
Los cortes
breves, no excederán una duración de 1 segundo.
La mayor dificultad consiste en medir exactamente la duración y la amplitud
de estas variaciones de tensión. Especialmente cuando la variación de tensión
aparece en las tres fases con duraciones y amplitudes diferentes. El empleo
de un analizador de red trifásico se convierte en necesario con el fin de realizar
un análisis simultáneo de las tres fases.
Variaciones rápidas : sobretensiones transitorias
Las sobretensiones de duración inferior a 10 ms se denominan sobretensiones
transitorias. Estas sobretensiones son provocadas por fenómenos de origen atmosférico
(caída de rayos) o, con mayor frecuencia, por el funcionamiento de equipos eléctricos
(conmutaciones de cargas mas o menos inductivas que producen sobretensiones
transitorias de alta frecuencia).
El tiempo de ascenso de puede durar de algunos microsegundos a varios milisegundos.
Estas variaciones en Baja Tensión son generalmente inferiores a 800 V, pero
pueden llegar a sobrepasar los 1000 V con la consiguiente fusión de un fusible.
Para la medida de sobretensiones transitorias es necesario el uso de analizadores
específicos que emplean una técnica digital y una elevada frecuencia de muestreo.
Flickers o fluctuaciones rápidas de tensión
La molestia ocasionada en el sistema visual humano durante las variaciones de
intensidad luminosa de la iluminación, el “parpadeo”, es medido por el valor
del flicker.
Sus principales efectos sobre el hombre pueden ser el dolor de cabeza, la irritabilidad
y en ocasiones hasta epilepsia.
El Flicker es en realidad un cálculo estadístico, definido por la norma EN CEI
61000-4-15, cálculo proveniente de la medida de las variaciones rápidas de tensión.
Estas variaciones rápidas de tensión están generalmente causadas por la puesta
en funcionamiento de cargas variables como soldaduras por arco, impresoras láser,
microondas o sistemas de aire acondicionado.
El método de medida define 2 tipos de Flickers :
El Pst (flicker
de corta duración) : calculado en un periodo de 10 minutos. Este intervalo es
válido para la estimación de las perturbaciones causadas por las fuentes individuales
como por ejemplo las laminadoras, las bombas de calor o equipos electrodomésticos.
El Plt (flcker
de larga duración) : la duración de medida está definida en 2 horas, duración
considerada como apropiada al ciclo de funcionamiento de la carga o duración
durante la cual un observador puede ser sensible al flicker de larga duración.
Armónicos e interarmónicos
Las perturbaciones llamada armónicas son causadas por la introducción en la
red de cargas no lineales como los equipos que forman parte de la electrónica
de potencia (variadores, onduladores, convertidores estáticos, puestos de soldadura,...).
Generalmente todos estos equipos incorporan rectificadores y estas electrónicas
de corte deforman las corrientes originando fluctuaciones de tensión en la red
de distribución de baja tensión. Es la concentración de numerosos equipos generadores
de armónicos los que generan perturbaciones en la red.
Se llama armónico a una superposición en la onda fundamental de 50 Hz, de ondas
igualmente sinusoidales pero de frecuencia múltiples a la de la fundamental.
Con el fin de medir los armónicos de corriente o de tensión, se emplea una función
matemática llamada “transformada de Fourier” que permite descomponer una señal
periódica en una suma de señales sinusoidales múltiples de la frecuencia fundamental.
Todos estos armónicos se pueden sumar: el resultado es el THD (Tasa de Distorsión
Armónica). El campo de frecuencias que corresponde al estudio de los armónicos
generalmente está comprendido entre 100 y 2000 Hz, es decir desde el armónico
2 hasta el armónico de rango 40. Los niveles máximos rango por rango se definen
en las normas CEI 61000-2-2 para Baja Tensión y CEI 61000-2-12 para Media tensión.
La norma EN 50160 define los límites máximos de distorsión armónica con la que
el distribuidor de energía debe suministrar la tensión, tanto en THD , <
8 % comprendiendo todos los armónicos hasta el rango 40, como en valores rango
a rango hasta el rango 25 (Ver tabla)
Las consecuencias de estos armónicos pueden ser instantáneas sobre ciertos equipos
electrónicos : trastornos funcionales (sincronización, conmutación,...), disparos
intempestivos de protecciones, errores de contaje en contadores de energía,...
Los calentamientos suplementarios inducidos por los armónicos pueden, a largo
plazo, disminuir la vida de las máquinas giratorias, los condensadores, transformadores
de potencia y conductores de neutro.
Desequilibrios
Un receptor eléctrico trifásico no equilibrado o los receptores monofásicos
no equilibrados alimentados por una red trifásica equilibrada pueden conducir
a desequilibrios de tensión entre fases. Estos desequilibrios son debidos a
la circulación de corrientes no equilibradas por las impedancias de red.
La tensión se descompone por el método denominado “de las componentes simétricas,
directa, inversa u homopolar”. Por ejemplo la componente inversa provoca pares
de frenado parásitos y calentamientos suplementarios en las máquinas giratorias
de corriente alterna.
La norma EN 50160 establece como máximo permitido un desequilibrio del 2%, margen
por debajo del cual no debe de producirse ningún problema.
Frecuencia
La frecuencia nominal de la tensión debe ser de 50 Hz. En condiciones normales,
el valor medio de la frecuencia fundamental debe estar comprendido en el intervalo
:
50 Hz ± 1% (entre 49,5 y 50,5 Hz) durante el 95% de una semana
50 Hz +4% / -6% (de 47 a 52 Hz) durante el 100% de una semana
Conclusiones
Los problemas de huecos y cortes de tensión son cada día más frecuentes a causa
de la gran sensibilidad de ciertos equipos a estos fenómenos. Desgraciadamente
estos problemas persisten a pesar de todas las mejoras aportadas por los distribuidores
de energía.
Las perturbaciones de tensión provienen de la creciente instalación por parte
del usuario de las cargas llamadas fluctuantes. Cabe pues resaltar que la calidad
de la energía eléctrica depende no solamente del suministrador, sino también
del usuario final.
La verificación de la calidad de suministro pasa por el uso de analizadores
de redes que permitan la verificación de todos los parámetros descritos anteriormente
:
La frecuencia
La amplitud
(variaciones lentas y rápidas de tensión)
La forma de
onda (armónicos)
La simetría
de las tensiones trifásicas
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