1 Definición
1.1 Fluctuaciones de tensión
Se dice que hay fluctuaciones de tensión cuando se producen variaciones periódicas o series de cambios aleatorios en la tensión de la red eléctrica.
A su vez, las variaciones de tensión se definen como las variaciones del valor eficaz o valor de pico de tensión entre dos niveles consecutivos que se mantienen durante un tiempo finito no especificado.
Su duración va desde varios milisegundos hasta unos 10 segundos y con una amplitud que no supera el ± 10% del valor nominal.
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC 1000-3-3) y la Norma Europea (EN 61000-3-3) clasifican las fluctuaciones de tensión en cuatro tipos:
- Tipo a: Variaciones rectangulares de tensión de período constante. Por ejemplo, las ocasionadas por interrupciones de cargas resistivas.
- Tipo b: Escalones de tensión que se presentan de forma irregular en el tiempo y cuya magnitud varía tanto en sentido positivo, como negativo.
- Tipo c: Cambios en la tensión claramente separados que no siempre llevan aparejados escalones de tensión. Por ejemplo, las originadas por acoplamientos de cargas no resistivas.
- Tipo d: Series de fluctuaciones esporádicas o repetitivas. Por ejemplo, las producidas por cambios cíclicos o aleatorios de cargas.
Figura 1: Tipos de fluctuaciones de tensión
1.2.- “Flicker”
El “flícker” es la percepción de la variación de la luminosidad de una lámpara, ocasionada por fluctuaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica. Origina en quien lo percibe una sensación desagradable.
El “flícker” depende fundamentalmente de la amplitud, frecuencia y duración de las fluctuaciones de tiempo, con intervalos de tensión que lo causan. Estas oscilan entre los 0,5 Hz y los 30 Hz de frecuencia.
2.- Valores de referencia
2.1.- Medida del “flicker” el “flickermetro”
La Unión Internacional de Electrotermia (UIE) ha elaborado un criterio de evaluación de “flícker” y un medidor de “flícker” o “flickermetro” para su aplicación que ha sido adoptado por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC).
Este medidor permite conocer el nivel de sensación que experimentaría un observador medio en el punto de la red en el que se conecte el medidor. Para ello, se emplea un algoritmo que traduce las fluctuaciones eléctricas existentes en ese punto, en las sensaciones equivalentes que serían percibidas por el sistema ojo-cerebro del observador.
El “flickermetro” proporciona sus medidas en unidades de perceptibilidad (p.u.), siendo el límite admisible de percepción P = 1 (p.u.).
2.2.- Índices para la evaluación del “flicker”
Hay dos índices básicos que se emplean para evaluar la severidad del “flícker”, es decir, la intensidad de la molestia que éste produce, definida de acuerdo con los criterios de la UIE y de la CEI antes mencionados:
• Pst. Evalúa la severidad del “flícker” en períodos cortos de tiempo, con intervalos de observación de diez minutos.
El valor de Pst se expresa en unidades p.u., de modo que, para valores de Pst superiores a 1, se considera que el “flícker” es perceptible y afecta, por tanto, a la visión.
• Plt. Evalúa la severidad del “flícker” a largo plazo, con intervalos de observación de dos horas. Se calcula a partir de doce valores consecutivos de Pst de acuerdo con esta expresión:
Donde Psti (i = 1,2,3,…) son valores consecutivos obtenidos de Pst.
El Plt se ha de calcular a partir de los valores de Pst en una duración adecuada según el ciclo de funcionamiento de la carga, o de un periodo durante el cual un observador pueda ser sensible al flicker, por ejemplo algunas horas (normalmente 2 horas).
El orden de magnitud del límite tolerable es Plt = 0,74.
Cuando hay distintos elementos polucionantes conectados a una misma red, el parámetro Pst global encontrado en el punto dedo se calcula según la regla de suma siguiente:
Habitualmente m = 3, pero pueden utilizarse otros valores.
2.3.- Niveles de compatibilidad
Por lo que se refiere a los valores que van a ser expuestos a continuación, se considera que el nivel de Compatibilidad Electromagnética (CEM) no debe superar una probabilidad del 95%.
- Fluctuaciones de tensión. Los valores del nivel de CEM dependen del valor de la tensión del sistema de distribución. Actualmente, los niveles de CEM están referidos a variaciones de tensión rectangulares con diferentes tasas de repetición (ver Figura 2). Es posible, no obstante, relacionar los efectos de las variaciones de tensión no rectangulares con dicha curva, utilizando un “flickermetro” o los factores de conversión que se indican en la norma IEC 868 ó en la EN 60868.
Figura 2: curva límite de la molestia del flicker, indica la amplitud de las fluctuaciones de tensión, en función de su frecuencia de repetición, para una severidad
del flicker Pst = 1 (según IEC 868). Obsérvese que la
frecuencia corresponde a dos fluctuaciones.
La Figura 3 muestra las curvas de fluctuaciones de tensión máximas permisibles en lámparas incandescentes (curva 1) la cual se constituye en la línea visibilidad del flicker antes de llegar a ser percibidas por el observador (límite de irritación o molestia) identificada con la curva 2 (basada en la percepción visual).
Figura 3: fluctuaciones de tensión ∆u ( en porcentaje de la tensión nominal), en función del número de variaciones de tensión por unidad de tiempo
Si un observador por ejemplo, está muy cerca de una bomba de calor o del aire acondicionado (equipo) que fluctúa aproximadamente 10 veces por hora, y nota que las lámparas están parpadeando, dicho observador puede asumir (usando la curva 2) que el cambio de la tensión es el orden del 4% (o más).
En muchos casos, los ordenadores pueden ser mucho más sensibles a los cambios de tensión que el ojo humano y en consecuencia, detecta problemas que el ojo no percibe.
- “Flícker”. La Tabla 1 recoge los valores establecidos del índice de severidad del “flícker” en redes de baja, media y alta tensión, tanto para el intervalo de observación base de diez minutos (Pst), como para períodos largos (Plt).
Nivel
|
Pst (p.u.)
|
Plt (p.u.)
|
Baja Tensión
|
1
|
0,80
|
Media Tensión
|
1
|
0,80
|
Alta Tensión
|
0,80 a 0,90
|
0,65 a 0,80
|
Tabla 1: Niveles de compatibilidad de la severidad de “flicker” en redes de distribución
Con una probabilidad igual o mayor al 95%, los valores reflejados en la Tabla 1 no deben ser superados durante un cierto período de tiempo. La normativa vigente no fija aún la duración del mismo, pero en general se recomienda que, como mínimo, sea de una semana.
2.4.- Límites de emisión
La empresa eléctrica suministradora, de acuerdo con la normativa correspondiente, señala cuál es el nivel admisible de emisión de fluctuaciones de tensión para los consumidores individuales en el punto de conexión común (PCC) con la red de distribución.
Este límite de emisión debe ser igual o menor que los niveles de CEM.
3.- Causas que los originan
Las fluctuaciones de tensión son originadas por los receptores conectados a la red cuya demanda de potencia no es constante en el tiempo. En determinadas circunstancias, y dependiendo de su punto de conexión, pueden dar lugar a “flícker”.
Los principales dispositivos perturbadores son de tipo industrial:
- Máquinas de soldadura por resistencia.
- Molinos trituradores.
- Ventiladores de minas.
- Hornos de arco.
- Plantas de soldadura por arco.
- Compresores.
- Laminadoras.
- Máquinas herramientas.
- Cargas controladas por impulsos.
4.- Efectos que producen
Las fluctuaciones de tensión pueden afectar a gran cantidad de consumidores que reciben suministro eléctrico de la misma red.
Estas fluctuaciones de tensión no suelen tener una amplitud superior a ± 10%, por lo que muchos equipos no se ven afectados por ellas. El “flícker”, que no se puede evitar, es el efecto más perjudicial.
Los aparatos que producen mayor “flícker” son:
- las lámparas de incandescencia y de descarga
- los monitores y receptores de televisión.
5.- Acciones de prevención y corrección
Como acción preventiva más importante, se puede destacar la determinación de las condiciones de conexión de cargas. Respecto de esta cuestión, se ha establecido un criterio general distribuido en tres etapas, de forma que, cuando las especificaciones requeridas en una de ellas no son satisfechas, se ha de pasar a la siguiente.
- 1ª Etapa: Aceptación automática. Es el caso general para equipos cuya potencia es inferior a un límite establecido.
- 2ª Etapa: La aceptación depende de las condiciones de entorno en el PCC de la carga que se toma en consideración. Se asigna a cada consumidor conectado en dicho punto una parte de la potencia total disponible, sin que pueda rebasar dicho valor.
- 3ª Etapa: Requiere un estudio particular (por ejemplo, sobre la necesidad de emplear un compensador, etc.). Suele ser el caso de grandes cargas especiales, como los hornos de arco.
Entre las acciones correctoras que se pueden adoptar, cabe citar las siguientes:
- Aumentar la potencia de cortocircuito del PCC.
- Instalar compensadores que dan lugar a variaciones de signo opuesto a la carga fluctuante, tales como reactancias saturables y condensadores o reactancias controladas por tiristores. Suelen ir acompañados de filtros para armónicos. Es el caso de los SVC (Compensadores de reactancia estática, Static Var Compensators, en terminología anglosajona).
- Instalar estabilizadores electrónicos o magnéticos de reactancia saturable.
- Conectar condensadores en serie, aumentando así artificialmente la potencia de cortocircuito. Es una solución que se debe adoptar sólo en los puntos de menor tensión de una red.
- Evitar la simultaneidad de pulsaciones de las máquinas de soldadura con circuitos de control adecuados.
Merece una atención especial el caso de los hornos con arco, en los cuales el corrector más generalizado es el compensador SVC.
También presenta ventajas la instalación de reactancias conectadas en serie con el transformador del horno.
Todas estas soluciones pueden servir tanto cuando se proyecta la instalación de un equipo nuevo, como cuando se trata de revisar y mejorar uno ya existente.
REFERENCIAS:
UNESA: Guía sobre la calidad de onda en las redes eléctricas
Schneider Electric: Cuaderno técnico 176: Flicker o parpadeo de las fuentes luminosas
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