Perturbaciones en el suministro eléctrico (Parte 2ª)

2.- Interrupciones

Una interrupción (Figura 5) se define como la pérdida total de tensión o corriente. Según su duración, una interrupción se clasifica como instantánea, momentánea, temporal y sostenida.

El rango de duración para los tipos de interrupción es el siguiente:

Instantánea:  0,5 a 30 ciclos

Momentánea: 30 ciclos a 2 segundos

Temporal:  2 segundos a 2 minutos

Sostenida: mayor de 2 minutos

Figura 5: Interrupción momentánea

Las causas de las interrupciones pueden variar, pero generalmente son el resultado de algún tipo de daño en la red de suministro eléctrico, como caídas de rayos, animales, árboles, accidentes vehiculares, condiciones atmosféricas destructivas (vientos fuertes, gran cantidad de nieve o hielo sobre las líneas, etc.), fallo de los equipos o disparo del disyuntor principal. Mientras que la infraestructura de la red eléctrica está diseñada para compensar automáticamente muchos de estos problemas, no son infalibles.

Uno de los ejemplos más comunes de lo que puede causar una interrupción en los sistemas de suministro eléctrico son los dispositivos de protección de la red eléctrica, como los reconectores automáticos de circuito. Los reconectores determinan la duración de la mayoría de las interrupciones, según la naturaleza del fallo. Los reconectores son dispositivos utilizados por las empresas públicas de electricidad para detectar el aumento de la corriente proveniente de un cortocircuito en la infraestructura de la red eléctrica, y para desconectar el suministro cuando esto ocurre. Después de un tiempo fijo, el reconector restablecerá el suministro, en un intento de eliminar el material que crea el cortocircuito (este material suele ser una rama de un árbol, o un animal pequeño atrapado entre la línea y la descarga a una masa puesta a tierra).

Una interrupción, ya sea instantánea, momentánea, temporal o sostenida, puede causar trastornos, daños y tiempo de inactividad, desde el usuario domestico hasta el usuario industrial. Un usuario de computadora en el hogar o de una pequeña empresa podría perder datos valiosos cuando se daña la información por la pérdida de suministro al equipo. Probablemente más prejudicial es la pérdida que puede sufrir el cliente industrial a con- secuencia de las interrupciones. Muchos procesos industriales cuentan con el movimiento constante de ciertos componentes mecánicos. Cuando estos componentes se apagan repentinamente a consecuencia de una interrupción, esto puede causar daños a los equipos y destrucción del producto, así como el costo asociado con el tiempo de inactividad, limpieza y nueva puesta en marcha. Por ejemplo, cuando una empresa que produce hilados experimenta una interrupción momentánea, puede provocar el "escape" del proceso de extrusión de hilado, dando lugar a un excesivo desperdicio y tiempo de inactividad. El hilado debe ser extruido a una velocidad y consistencia determinadas para que el producto final sea de la calidad y tipo esperados. El hilado fuera de las especificaciones debe eliminarse de la hiladora y las líneas de hilado deben rearmarse, esto constituye un gran esfuerzo y genera enormes tiempos de inactividad. Asimismo, existen desechos a consecuencia de una cierta cantidad de hilado perdido.

Las soluciones para evitar las interrupciones varían tanto en eficiencia como en costo. El primer esfuerzo debería ser eliminar o reducir la probabilidad de problemas potenciales. Obviamente, el buen diseño y mantenimiento de los sistemas de la red eléctrica resultan esenciales. Esto es aplicable al diseño de sistema eléctrico industrial, que frecuentemente es tan extensivo y vulnerable como el sistema de la red eléctrica de distribución.

Una vez reducidos los problemas, se necesitan equipos o métodos de diseño adicionales para permitir que los equipos o los procesos industriales resistan (permanezcan funcionando en forma constante durante perturbaciones en la calidad del suministro) o que se reinicien después (y durante) interrupciones inevitables. Los dispositivos de reducción más comunes empleados son los sistemas de energía ininterrumpida (UPS), los generadores, y el uso de técnicas de diseño de sistemas que aprovechan sistemas redundantes y el almacenamiento de energía. Cuando se corta la electricidad, estas formas de energía alternativa pueden solucionar el problema.

El caso de las computadoras portátiles es un ejemplo de esto. Cuando se enchufa la computadora portátil, recibe la energía desde la toma de corriente de pared y un poco de energía pasa a la batería interna para cargarla. Cuando se desenchufa la computadora portátil, la batería instantáneamente se encarga de suministrarle energía continua. Recientes adelantos en la tecnología de encendido han permitido que se utilicen sistemas de almacenamiento de energía de reserva que entran en servicio en menos de medio ciclo después de un corte del suministro.

El término "interrupción sostenida" describe una situación en un sistema de red eléctrica comercial en el que los dispositivos automáticos de protección, por la naturaleza del fallo, no pueden devolver el suministro, y es necesario una intervención manual. Esta terminología describe la situación con más precisión, en lugar del término “corte” utilizado comúnmente. El término “corte” en realidad se refiere al estado de un componente en el sistema que ha dejado de funcionar como se esperaba (Estándar 100-1992 del IEEE).

Probablemente sea más correcto decir que se está experimentando una interrupción sostenida cuando falta el suministro desde hace más de dos minutos.

3.- Bajada de tensión/Subtensión

3.1.- Bajadas de tensión

Una bajada de tensión (Figura 6) es una reducción de la tensión de c.a. a una frecuencia dada con una duración de 0,5 ciclos a 1 minuto. Las bajadas de tensión suelen ser provocadas por fallos del sistema, y frecuentemente también son el resultado de poner en marcha cargas con altas puntas de corriente en el arranque.

Figura 6: Bajada de tensión

Las causas comunes de las bajadas de tensión comprenden la puesta en marcha de grandes cargas (como la que se puede ver cuando se activa por primera vez una gran unidad de aire acondicionado) y la protección remota de fallos por parte de los equipos de la red eléctrica. En forma similar, el arranque de grandes motores dentro de una planta industrial puede dar como resultado una caída significativa de la tensión (bajada de tensión). Un motor puede consumir seis veces su corriente nominal, o más, en el momento del arranque. La creación de una gran carga eléctrica repentina como ésta seguramente cause una caída significativa de tensión en el resto del circuito en el que está instalado.

Aunque puede parecer que la solución más eficaz sea agregar un circuito dedicado para cargas con grandes corrientes de arranque no siempre puede resulta práctico o económico, especialmente cuando una industria dispone de muchas cargas con grandes corrientes de arranque. Otras soluciones para estos casos incluyen métodos alternativos de suministro de corriente que no cargan al resto de la infraestructura eléctrica en el arranque de motores, como arrancadores de tensión reducida, ya sea con autotransformadores o configuraciones en estrella/triángulo. También sería apropiado un arrancador suave del tipo de estado sólido, eficaz para reducir las bajadas de tensión cuando arranca un motor. Más recientemente, se han utilizado mecanismos de velocidad regulable (ASD), que varían la velocidad de un motor de acuerdo con la carga (junto con otros usos), para controlar el proceso industrial en forma más eficiente y económica, y como beneficio adicional, solucionan el problema de arrancar grandes motores.

Como se mencionó en el apartado 2 interrupciones, el intento de las protecciones de la red eléctrica de liberar fallos remotos puede causar problemas a los usuarios finales. Este problema es más evidente, cuando se provoca una interrupción. Sin embargo, también puede manifestarse como bajadas de tensión cuando los problemas se resuelven más rápidamente o se repiten de forma momentánea. Algunas de las técnicas que se utilizaron para abordar las interrupciones se pueden utilizar para solucionar las bajadas de tensión: equipos UPS, generadores, y técnicas de diseño de sistemas. Sin embargo, a veces los daños causados por las bajadas de tensión no son evidentes hasta que se observan los resultados con en el tiempo (equipos y datos dañados, errores en los procesos industriales, etc.).

3.2.- Subtensión

Las subtensiones (Figura 7) son el resultado de problemas de larga duración que crean bajadas de tensión. La expresión “bajada de tensión” ha sido utilizada comúnmente para describir este problema, y ha sido reemplazada por el término subtensión. La bajada de tensión es ambigua porque también se refiere a la estrategia de entrega de suministro eléctrico comercial durante períodos de alta demanda prolongada. Las subtensiones pueden crear el sobrecalentamiento de motores, y pueden conducir al fallo de cargas no lineales como fuentes de alimentación de computadoras. La solución de las bajadas de tensión también se aplica a las subtensiones. Sin embargo, una UPS con capacidad de regular tensión mediante el uso de un inversor antes de utilizar energía de batería, evitará la necesidad de reemplazar tan frecuentemente las baterías de la UPS. Lo que es más importante, si una subtensión permanece constante, puede ser señal de un fallo grave del equipo, de un problema de configuración, o de la necesidad de verificar el suministro de la red eléctrica.

Figura 7: Subtensión

Continua en: Perturbaciones en el suministro eléctrico (Parte 3ª)
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