Perturbaciones de red

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