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Calida6.gif (5950 bytes)Aspectos sobre la Calidad de
la Energía Eléctrica

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Disturbios por bajo voltaje  momentáneo

Calida2.gif (2816 bytes)Las caídas de tensión momentáneas de 60 Hz se han vuelto un problema común en los años recientes, produciendo efectos que van desde el parpadeo de relojes digitales en los hogares hasta procesos industriales interrumpidos. Esta es una condición que típicamente ocurre cuando se inicia una falla en el sistema eléctrico y dura hasta que la falla sea eliminada por un dispositivo de sobrecorriente. La falla puede ocurrir en la planta industrial o en el sistema de la empresa eléctrica. Este tipo de condición puede ocurrir también durante el arranque de motores grandes.

Muchos productos eléctricos no están hechos para ajustarse a estas condiciones de bajo voltaje temporal. Esta condición temporal tiende a ocurrir en el orden de diez veces más frecuentemente que una interrupción total de energía. Los factores importantes al tratar con bajas tensiones momentáneas se resumen como sigue:

  1. En una planta industrial las lámparas de descarga de alta intensidad (HID) frecuentemente son los equipos más sensibles al bajo voltaje. Típicamente se extinguen a tensiones en el rango del 85 al 90 % de la nominal por periodos tan cortos como de 1 ciclo, y toman varios minutos para reencender. Una forma de minimizar este efecto es utilizar alumbrado HID que tenga capacidad de reencendido instantáneo, o utilizar bulbos de cuarzo con lámparas de HID . El bulbo de cuarzo enciende inmediatamente y se apaga aproximadamente 10 minutos después. Cualquiera de los dos métodos podría emplearse en aproximadamente el 10 % de los lugares con alumbrado por HID en una planta industrial, para proporcionar un alumbrado temporal hasta que las luces HID vuelvan a encenderse. Es posible también obtener balastros regulados que pueden ajustarse a la baja de tensión hasta del 50 % .
  1. Los PLC's que se utilizan para controlar dispositivos tales como impulsores de cd y de ca pueden apagar los dispositivos cuando hay tensiones del orden del 80 a 85% de la nominal . Esto puede mejorarse, para condiciones momentáneas de bajo voltaje, proporcionando control instantánea de tensión para el PLC a través de un regulador o una fuente de alimentación ininterrumpible (UPS).
  1. Los impulsores de ca y cd están típicamente diseñados para operación continua con variaciones de tensión de +10% a –5% hasta –15%. Fuera de este rango el impulsor puede no ser capaz de mantener la velocidad u otros parámetros que son críticos para el proceso, y que pueden llevar a un paro. La duración y magnitud de la caída de tensión que puede causar que eso suceda varía de dispositivo a dispositivo. Adicionalmente, aún si el impulsor estuviera diseñado para ajustarse a esta condición, el producto que se está haciendo en el proceso puede resultar dañado, o sufrir en su calidad al grado de que no sea aceptable para su uso. Sin embargo, la inercia del motor ayudará a sobrellevar satisfactoriamente ese tipo de eventos. Si el proceso no es afectado por esta condición de transitorio, entonces pueden darse consideraciones para reparar el impulsor con rearranque automático. (La seguridad y el daño a los equipos son factores determinantes para decidir si el rearranque automático es apropiado).
  1. Las bobinas de contactores de motores generalmente se desactivan para tensiones en el rango de 50 a 75% con duraciones de 1-5 ciclos. Si es necesario para condiciones momentáneas de bajo voltaje, esto puede mejorarse proporcionando regulación de tensión instantánea a la bobina.
  1. Si el 100 % de los bajos voltajes incluyen tensiones del 90 % o menos, los estudios del sistema  han demostrado típicamente que en forma aproximada:
  • El 30% de los bajos voltajes incluyen tensiones del 80 % o menos;
  • El 15 % de los mismos abarcan tensiones de 70 % o menos;
  • El 5 % de ellos incluyen tensiones del 60% o menos.

Estos valores ilustran cómo las mejoras relativamente menores en la capacidad de adaptación pueden reducir significativamente la cantidad de disturbios por bajo voltaje. Por ejemplo, la mejora de la capacidad de adaptación de un dispositivo particular desde 80 a 70 % típicamente recortaría el número de eventos de disturbio en un 50 %. Yendo de 80 a 60 % reduciría el número en más del 80 %.

  1. El 80% de estos eventos tienen duraciones de menos de 0.2 - 0.5 segs. Los sistemas de transmisión tienden a tener tiempos de eliminación más rápidos que los sistemas de distribución, pero esto está en función de las prácticas de coordinación de protecciones de la empresa eléctrica.

 

Para diseñar la capacidad adecuada de adaptación en un equipo eléctrico es importante conocer la magnitud, duración y frecuencia de ocurrencia que se espera para las condiciones de bajo voltaje momentáneo. Las instalaciones alimentadas por la red de distribución de empresas eléctricas tienen más posibilidad de tener eventos de mayor duracion y frecuencia, en comparación con las alimentadas por sistemas de transmisión. La empresa eléctrica local sería capaz de proporcionar información más detallada para un punto particular de senvicio. Dependiendo de las circunstancias la empresa eléctrica puede ser capaz de reducir la cantidad de eventos mejorando el podado de los árboles, agregando guardas contra animales, mejorando la conexión a tierra, con pararrayos, y con métodos revisados de coordinación contra sobrecorrientes. La duración de los eventos puede también reducirse revisando la coordinación de sobrecorriente existente.

 

Calida3.gif (1989 bytes)Interrupciones de Servicio

La pérdida completa de energía en una instálación es generalmente de un orden de magnitud menos frecuente que un disturbio por voltaje bajo momentáneo. Sin embargo, si la frecuencia es suficientemente significativa, entonces deben tomarse las medidas para tener una fuente alterna disponible en base conveniente.

 

Normas Industriales

Los disturbios en el sistema fueron un factor en el diseño de sistemas de alimentación para computadoras a finales de los 60's y 70's. Sólo en los últimos 5 ó 10 años fue que los controles por computadora se han hecho comunes en todas partes del sistema eléctrico. Consecuentemente, muy pocas normas tratan con la definición de variaciones de tensión de corto tiempo aceptables, pero se ha trabajado para desarrollar normas en esta área. Las normas significativas con respecto a variación de tensión se resumen como sigue:

 

  1. Las variaciones de tensión en estado estacionario son definidas por la norma ANSI C84.1. Para tensiones de servicio hasta de 600 V, se espera que la tensión normal de servicio esté dentro de ±5 % de la nominal, con variaciones de tanto como +5.8% hasta -8.3% para períodos cortos. Las variaciones aceptables para otras tensiones del sistema se dan en la Norma ANSI C84.1.
  1. La Publicación deNormas NEMAno. MG-1 motores y Generadores(Sección-12.45) establece que "los motores polifásicos de ca deberán operar satisfactoriamente bajo condiciones de operación a carga nominal cuando el desbalance de tensión en las terminales del motor no exceda del 1%". La sección I-14.5 de la misma norma proporciona una curva de reducción de carga para desbalanceos de tensión mayores: 90% con desbalance de 3% y 75% con desbalace de 5% . No se recomienda la operación de motores para desbalaces de tensión de más de 5% . La Norma ANSI C84.1 recomienda que "los sistemas de suministro eléctrico deberán estar diseñados y operar para limitar el desbalance máximo de tensión al 3 % cuando se mida en el medidor de la empresa eléctrica, bajo condiciones sin carga. "
  1. A través de los años se han desarrollado curvas de parpadeo, que proveen guías sobre los límites de variaciones de tensión en cargas de cambio rápido ya que éstas afectan a otros equipos en el sistema. Una de las cargas de mayor interés han sido los hornos de arco, así como muchos otros tipos de cargas que varían con mucha frecuencia. Estas variaciones de tensión están generalmente en el rango de 0.5 a 6%, que puede variar en frecuencia desde l0/s hasta 1/hr. Esta información se resume en la sección 10.5 de la norma IEEE 519.
    El proyecto de Norma IEEE 1250 proporciona una buena discusión de disturbios momentáneos y algunas guías para la atenuación de estos problemas. Este documento no récomienda límites.
  1. Los voltajes bajos temporales a  frecuencia fundamental, las cuales llegán a caer a un 88.3% de lo especificado por la Norma ANSI 84. 1, pueden dar como resultado la interrupción de la operación de algún equipo. Nó existen normas relacionadas con este tipo de disturbios; pero si hay una curva incluida en la Norma Calida5.gif (4508 bytes)ANSI/IEEE 446, el libro naranja, que es un buen punto de referencia; Esta curva fue desarrollada subsecuentemente hacia la curva CBEMA (Computer Business Equipment Manufacturers Association), como una guía en el diseño de fuentes de alimentación para computadoras. Se trabaja actualmente para considerar los requerinúentos sobre disturbios de tensión de corta duración en la ANSI C84. 1. (Fueron desprendidos del documento en 1982). La Norma IEEE 493, el libro dorado, se revisa para incluir un capítulo sobre métodos para predecir la cantidad y magnitud de los bajos voltajes esperados en cualquier punto de interés sobre el sistema eléctrico. Además, el grupo de trabajo IEEE P1346 trabaja para desarrollar un consenso amplio de acuerdo a cuestiones de compatibilidad .
  1. La protección de equipo de baja tensión contra sobretensiones transitorias se trata en las Normas ANSI/IEEEC62[9]. Las normas existentes incluyen: ANSI/IEEE C62.41, RecommendedPractice on Surge Voltages in Low-Voltage ac Power System y ANSI/IEEE C62.45, Guide on Surge Voltage in Low-Voltage ac Power Circuits. Se trabaja también para proveer guías sobre los dispositivos de protección contra sobretensiones, que serán incluidos en los documentos C62.42, C6243 y C62.64, sin embargo, no hay normas sobre niveles de aguante al impulso para muchos de los equipos de baja tensión.

 

Fuente:
Power Quality ISSues-Standards and Guidelines, IEEE Transactions on Industry Applications, vol 32, num. 3, mayo/jun 1996, pp. 625-632, 18 refs.


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