Muchos problemas en el suministro de energía se originan en las redes eléctricas comerciales, que con sus miles de kilómetros de líneas de transmisión, están sometidas a condiciones climáticas como huracanes, tormentas con rayos, nieve, hielo e inundaciones, junto con fallos de los equipos, accidentes de tráfico y grandes operaciones de conexión. Asimismo, los problemas en el suministro que afectan a los equipos tecnológicos actuales frecuentemente se generan en forma local dentro de una instalación a partir de diversas situaciones, como construcción local, grandes cargas de arranque, componentes defectuosos de distribución e incluso el típico ruido eléctrico de fondo.
El uso generalizado de componentes electrónicos en todo lo que nos rodea, desde equipos electrónicos domesticos hasta el control de procesos industriales masivos y costosos, ha hecho que se tome más conciencia sobre la calidad del suministro de energía eléctrica. Una perturbación en la calidad del suministro se define en general como cualquier cambio de sus parámetros eléctricos (tensión, corriente o frecuencia) que interfiere en el funcionamiento normal de los equipos eléctricos.
Existen soluciones para limitar o eliminar los efectos de estas perturbaciones en la calidad de la energía eléctrica. Sin embargo, para que la industria comprenda estas perturbaciones energéticas y la forma de evitarlas, es necesario establecer términos y definiciones comunes para describir los diferentes fenómenos que las producen, tal y como se definen en el Estándar 1159-1995 del IEEE, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality.
Las perturbaciones en la calidad del suministro definidas por el estándar del IEEE han sido organizadas en siete categorías, según su forma de la onda:
- Transitorios
- Interrupciones
- Bajada de tensión / subtensión
- Aumento de tensión / sobretensión
- Distorsión de la forma de onda
- Fluctuaciones de tensión
- Variaciones de frecuencia
1.- TRANSITORIOS
Los transitorios, que son potencialmente el tipo de perturbación energética más perjudicial, se dividen en dos subcategorías:
1.1.- Impulsivos
1.2.- Oscilatorios
1.1.- Impulsivos
Los transitorios impulsivos son eventos repentinos de cresta alta que elevan la tensión y/o los niveles de corriente en dirección positiva o negativa. Estos tipos de eventos pueden clasificarse más detenidamente por la velocidad a la que ocurren (rápida, media y lenta). Los transitorios impulsivos pueden ser eventos muy rápidos (5 nanosegundos [ns] de tiempo de ascenso desde estado estable hasta la cresta del impulso) de una duración breve (menos de 50 ns).
Nota: [1000 ns = 1 µs] [1000 µs = 1 ms] [1000 ms = 1 segundo].
Un ejemplo de un transitorio impulsivo positivo causado por un evento de descarga electrostática se ilustra en la Figura1.
Figura 1: Transitorio impulsivo positivo
El transitorio impulsivo es a lo que se refieren la mayoría de los técnicos cuando se dice que ha ocurrido una sobretensión prolongada o transitoria. Se han utilizado muchos términos diferentes, como caída de tensión, imperfección técnica, sobretensión breve o prolongada, para describir transitorios impulsivos.
Las causas de los transitorios impulsivos incluyen rayos, puesta a tierra deficiente, encendido de cargas inductivas, liberación de fallos de la red eléctrica y ESD (descarga electrostática). Los resultados pueden ir desde la pérdida (o daño) de datos, hasta la avería de los equipos. De todas estas causas, el rayo es probablemente la más perjudicial.
El problema de los rayos se reconoce fácilmente al presenciar una tormenta eléctrica. La cantidad de energía que se necesita para iluminar el cielo nocturno sin duda puede destruir equipos sensibles. Más aun, no es necesario un impacto directo de un rayo para causar daños. Los campos electromagnéticos, Figura 2, creados por los rayos, pueden causar gran parte de los daños potenciales al inducir corriente hacia las estructuras conductoras cercanas.
Figura 2: Campo magnético creado por la caída de un rayo
Dos de los métodos de protección más viables contra los transitorios impulsivos consisten en la eliminación de la ESD potencial, y el uso de dispositivos de supresión de sobretensiones (popularmente conocidos como Supresores de sobretensión transitoria: TVSS, o Dispositivos de protección contra sobretensiones: SPD).
Mientras que una ESD puede generar un arco en su dedo sin causarle daño, más allá de provocarle una leve sorpresa, es más que suficiente para quemar toda la tarjeta madre de una computadora. En los centros de datos, instalaciones de fabricación de tarjetas de circuito impreso o ambientes similares donde las tarjetas de circuito impreso están expuestas a la manipulación humana, es importante disipar el potencial de que ocurra una ESD. Por ejemplo, casi cualquier entorno apropiado de un centro de datos requiere acondicionar el aire en el ambiente. Acondicionar el aire no es simplemente enfriarlo para ayudar a eliminar el calor de los equipos del centro de datos, sino también regular la cantidad de humedad en el aire.
Mantener la humedad en el aire entre un 40 - 55% disminuirá el potencial de que ocurra una ESD. Probablemente usted ha experimentado cómo afecta la humedad en el potencial de una ESD, en invierno (cuando el aire es muy seco) al arrastrar los pies en una alfombra se produce inesperadamente un tremendo arco entre los dedos de la mano y la manija de la puerta que iba a abrir, o si iba a tocar inesperadamente la mano de alguna persona. Otra cosa que verá en los ambientes de tarjetas de circuito impreso, como vería en cualquier negocio pequeño de reparación de computadoras, son accesorios y equipamiento para mantener el cuerpo humano con descarga a tierra. Estos equipamientos incluyen muñequeras, tapetes y escritorios antiestáticos y calzado antiestático. La mayoría de estos accesorios y equipamientos están conectados a un cable conectado a la estructura del establecimiento, lo que protege al personal contra choques eléctricos y también disipa una posible ESD a tierra.
Ver post: “Electricidad estática: Causas, efectos y protección” en el siguiente link:
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Los SPD se utilizan desde hace muchos años. Estos dispositivos aún se utilizan en la actualidad en los sistemas de la red eléctrica (además de los dispositivos para grandes instalaciones y centros de datos) como también para uso diario en negocios pequeños y domesticos; su rendimiento mejora con los adelantos en la tecnología de varistores de óxido metálico (MOV).
Los MOV permiten una supresión consistente de los transitorios impulsivos, los aumentos de tensión y otras condiciones de alta tensión, y pueden combinarse con dispositivos de disparo térmico como disyuntores, termistores, y otros componentes como tubos de gas y tiristores. En algunos casos los circuitos de los SPD se incorporan en los dispositivos eléctricos, como fuentes de alimentación de computadoras con capacidades de supresión incorporadas. En forma más común se utilizan en dispositivos independientes de supresión de sobretensión, o se incluyen en UPS para brindar supresión de sobretensión y alimentación a batería de emergencia en caso de que ocurra una interrupción (o cuando los niveles de suministro se encuentran fuera de los límites de las condiciones de suministro nominales o seguras).
La conexión en cascada de los dispositivos SPD y UPS es el método más efectivo de protección contra las perturbaciones energéticas para los equipos electrónicos. Utilizando esta técnica, un dispositivo SPD se coloca en la entrada de servicio y se dimensiona para disipar gran parte de la energía proveniente de cualquier transitorio entrante. Los posteriores dispositivos en el subpanel eléctrico y en el equipo sensible en sí mismo bloquean la tensión a un nivel que no daña ni perturba al equipo. Debe prestarse especial atención al dimensionamiento tanto del valor nominal de la tensión como del valor nominal de disipación de energía de estos dispositivos, y a la coordinación de los mismos para un funcionamiento eficaz. Asimismo, debe prestarse atención a cuán efectivo es el dispositivo de supresión de sobretensión en el caso de que el MOV alcance el punto de fallo. Mientras que un MOV es consistente en sus capacidades de supresión de sobretensión a lo largo del tiempo, igual se degrada con el uso, o puede fallar si se excede su tasa de supresión efectiva. Es importante que si el MOV alcanza el punto en que ya no resulta útil, los SPD tengan la capacidad de cortar el circuito y evitar que cualquier anomalía perjudicial del suministro llegue a los equipos que protege.
Ver post:”Limitadores desobretensión en BT” en el siguiente link:
Ver post:”Limitadores desobretensión en BT” en el siguiente link:
1.2.- Oscilatorios
Un transitorio oscilatorio es un cambio repentino en la condición de estado estable de la tensión o la corriente de una señal, o de ambas, tanto en los límites positivo como negativo de la señal, que oscila a la frecuencia natural del sistema. En términos simples, el transitorio hace que la señal de suministro produzca un aumento de tensión y luego una bajada de tensión en forma alternada y muy rápida. Los transitorios oscilatorios suelen bajar a cero dentro de un ciclo (oscilación descendente).
Estos transitorios ocurren cuando se conmuta una carga inductiva o capacitiva, como un motor o un banco de condensadores. El resultado es un transitorio oscilatorio porque la carga resiste el cambio. Esto es similar a lo que ocurre cuando se cierra de repente un grifo donde fluía agua con rapidez y se oye un golpeteo en la cañería. El agua que fluye resiste el cambio, y ocurre el equivalente en el fluido al de un transitorio oscilatorio.
Por ejemplo, al apagar un motor en rotación, se comporta brevemente como un generador a medida que pierde energía, por lo que produce electricidad y la envía a través de la distribución eléctrica. Un gran sistema de distribución eléctrica puede actuar como un oscilador cuando se conecta o desconecta el suministro, dado que todos los circuitos poseen alguna inductancia inherente y capacitancia distribuida que brevemente se energiza en forma descendente.
Cuando los transitorios oscilatorios aparecen en un circuito energizado, generalmente a consecuencia de operaciones de conexión de la red eléctrica (especialmente cuando los bancos de condensadores se conectan automáticamente al sistema), pueden ser muy perturbadores para los equipos electrónicos. La Figura 3 ilustra un transitorio oscilatorio típico de baja frecuencia atribuible a la energización de bancos de condensadores.
Figura 3: Transitorio oscilatorio
El problema más reconocido asociado con la conexión de capacitores y su transitorio oscilatorio es el disparo de controles de velocidad automáticos (ASD). El transitorio relati- vamente lento provoca una elevación en la tensión de enlace de CC (la tensión que controla la activación del ASD) que hace que el mecanismo se dispare fuera de línea con una indicación de sobretensión.
Una solución común para el disparo de los capacitores es la instalación de reactores o bobinas de choque de línea que amortiguan el transitorio oscilatorio a un nivel manejable. Estos reactores pueden instalarse delante del mecanismo o sobre el enlace de CC y están disponibles como una característica estándar o como una opción en la mayoría de los ASD. (Nota: los dispositivos ASD se desarrollarán con mayor detalle en la sección de interrupciones incluida más adelante).
Otra solución incipiente para los problemas de transitorios en la conexión de condensadores es el interruptor de paso por cero. Cuando el arco de una onda senoidal desciende y alcanza el nivel cero (antes de transformarse en negativa), esto se conoce como paso por cero, como se ilustra en la Figura 4. Un transitorio causado por la conexión de condensadores tendrá una magnitud mayor cuanto más lejos ocurra la conexión de la sincronización del paso por cero de la onda senoidal. Un Interruptor de paso por cero soluciona este problema al monitorear la onda senoidal para asegurarse de que la conexión de los condensadores ocurra lo más cerca posible a la sincronización del paso por cero de la onda senoidal.
Figura 4: Paso por cero
Obviamente, los sistemas UPS y MOV son también muy eficaces para reducir los daños que puedan causar los transitorios oscilatorios, especialmente entre los equipos comunes de procesamiento de datos, como las computadoras en red. Sin embargo, los dispositivos MOV y UPS a veces no pueden evitar que ocurran transitorios oscilatorios entre sistemas que sí puede evitar un Interruptor de paso por cero y/o un dispositivo tipo bobina de choque en equipos especializados, como la maquinaria de plantas de fabricación y sus sistemas de control.
Continua en: Perturbaciones en el suministro eléctrico (Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2020/05/perturbaciones-en-el-suministro_5.html
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