2.- MARCO TEÓRICO Fenómenos transitorios

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Alfredo Camacho Revuelta
hace 8 años
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1 2.- MARCO TEÓRICO Los fenómenos transitorios en un sistema eléctrico están muy vinculados con la calidad de energía. Los términos de calidad de energía eléctrica están relacionados con cualquier desvió que pasa por ocurrencia en su:magnitud, forma de onda ofrecuencia dela tensióny/o corriente eléctrica. Esteconcepto también se aplica a las interrupciones de naturaleza permanente otransitoria que afecta el desempeño de: transmisión, distribucióny utilización de energía eléctrica.en tal sentido la calidad de energía = Calidad detensión Las normas internacionales más utilizadas para nuestro medio son: IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers IEC - International Electrotechnical Commission CIGRE - Grand Réseaux Électriques a Haute Tension ANSI - Americam National Standards Institute Para el desarrollo de mi trabajo, dado el tema, se van a desarrollar los siguientes temas: Fenómenos transitorios.- Es la cantidad o calidad que varía entre dos regímenes permanentes consecutivos que denota un evento no deseable y momentáneo en su naturaleza, tal como una descarga atmosférica, figura N

Esteconcepto también se aplica a las interrupciones de naturaleza permanente otransitoria que afecta el desempeño de: transmisión, distribucióny utilización de energía eléctrica.

2 Estos fenómenos transitorios se presentan en dos tipos:transitorio impulsivo.- Es la variación súbita yunidireccional de la tensióny/o corriente. Transitorio oscilatorio.-es la variación súbita yoscilatoria de tensióny/o corriente. Estos transitorios se sub clasifican de acuerdo a: Alta frecuencia encima de 500 khz y una duración en ms.media frecuencia - entre 5 khz y 500 khz, duración de decimas de ms. Baja frecuencia - inferior a 5 khz e duración de 0,3 a 50 ms. Para poder medir los transitorios y poder observar la calidad de la tensión es muy necesario tener equipos de alta sensibilidad. Estos equipos tienen una creciente aplicación en la electrónica de potencia dado el impacto de algunas medidas para facturación, calidad de energía y conservación energética. En nuestro país este tipo de mediciones se realizan con equipos de muy alta precisión dado que el no cumplimiento de las mismas podría hacerse acreedor a fuertes requerimientos económicos de parte de Osinergmin. Analizando el marco y su respectivainfluencia he creído por conveniente desarrollar esta parte teórica siguiente: Sobretensiones por ferro resonancia.- Este fenómeno de resonancia no lineal puede afectar a las redes eléctricas. Las tasas de armónicos anormales, las sobretensiones, las sobre-intensidades transitorias o permanentes que provoca suelen ser peligrosas para el material eléctrico.ver figura N

media frecuencia - entre 5 khz y 500 khz, duración de decimas de ms. Baja frecuencia - inferior a 5 khz e duración de 0,3 a 50 ms.

3 Algunas de las averías mal solucionadas son debidas a este fenómeno raro y no lineal, el mismo, que comprende al menos: Una inductancia no lineal (ferromagnética saturable), Un condensador, Una fuente de tensión (generalmente sinusoidal), Pérdidas débiles. Desequilibrio de tensiones.- En los sistemas eléctricos convencionales las tensiones trifásicas cumplen con las siguientes características: Son de igual magnitud, igual frecuencia 60 Hz y se hallan desfasadas 120 una de la otra. EL desequilibrio en un sistema eléctrico trifásico en condiciones donde las tres fases presentan diferentes valores de tensión en módulo y desfasaje angular entre fases diferentes de 120º eléctricos. Las fuentes de desequilibrios son las siguientes: Sistemas monofásicos, hornos Monofásicos, hornos de inducción, hornos trifásicos de arco, máquinas de soldadura eléctrica, aparatos de rayos x, fajas de transporte en áreas remotas y anomalías en el sistema eléctrico tales como: abertura de un conductor, corto-circuito, falla en el aislamiento de los equipos, líneas aéreas asimétricas y su transposición, y corrientes de magnetización de transformadores trifásicos, debido a las características magnéticas propias de su construcción. ver figura N

- En los sistemas eléctricos convencionales las tensiones trifásicas cumplen con las siguientes características: Son de igual magnitud, igual frecuencia 60 Hz y se hallan desfasadas 120 una de la

4 Sobretensiones transitorias por maniobras.- El factor de potencia muy bajo en los circuitos inductivos producen un deterioro en los equipos, cargas y cables eléctricos debido a las cargas auto-inducidas el cual provocan un aumento significativo de la intensidad en las instalaciones eléctricas y produce grandes pérdidas momentáneas enlas líneas y transformadores. Para mejorar el factor de potencia, las Compañías distribuidoras y las industrias consumidoras están obligadas a poner en servicio las baterías de condensadores que al conectar y desconectar producen fenómenos muy particulares que influyen directamente en las cargas y en sus respectivas características de los aparatos de maniobra y de protección. Sobretensiones por armónicos.- Presentan corrientes y tensiones con frecuencias correspondiente a múltiplos enteros de la frecuencia fundamental 15

significativo de la intensidad en las instalaciones eléctricas y produce grandes pérdidas momentáneas enlas líneas y transformadores.

Las causas: Cargas de conexión directa al sistema: Generadores y motores CA, transfermadores, lámparas de descarga, hornos a arco y compensadores tipo reactor saturado, etc.

5 Las causas: Cargas de conexión directa al sistema: Generadores y motores CA, transfermadores, lámparas de descarga, hornos a arco y compensadores tipo reactor saturado, etc. Cargas conectadas vía conversores: Rectificadores/motores CC controlados, inversores/motores de inducción, electrólisis por rectificación, cicloconversores, motores síncronos, hornos de inducción. ver figura N 2.6. Reguladores: Hornos de inducción controlados por reactores saturados, cargas de especiales controlados por tiristores, velocidad de motores CA controlados por tensión de estator, reguladores de tensión a núcleo saturado, computadoras y electrodomésticos con fuentes enclavadas. Los Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI) son generadores eléctricos casi perfectos, su fiabilidad es muy grande; y por su naturaleza aseguran (dentro del límite de la autonomía de la batería) una disponibilidad de la energía eléctrica sin falla. En nuestros días la tecnología punta ha desarrollado equipos comandados y gobernados por componentes electrónicos que producen armónicos significativos tal como se puede ver en la figura N

En el presente trabajo se aclara este punto y se demuestra que los onduladores modernos son excelentes generadores de tensión senoidal incluso cuando alimentan cargas no lineales.

6 En el presente trabajo se aclara este punto y se demuestra que los onduladores modernos son excelentes generadores de tensión senoidal incluso cuando alimentan cargas no lineales. Esto es debido a que son aparatos concebidos y generalmente utilizados para alimentar ordenadores que absorben corrientes no senoidales. En la siguiente página presentamos un cuadro donde se puede visualizar: La categoría de los transitorios. Espectro de frecuencia. Intervalo de tiempo Amplitud de tensión. Nuestra preocupación está en la influencia de los transitorios en el comportamiento de las máquinas eléctricas de gran porte o como este tipo de perturbaciones provocados también por los generadores síncronos, afectan a su comportamiento y al sistema en general. 17

En la siguiente página presentamos un cuadro donde se puede visualizar: La categoría de los transitorios. Espectro de frecuencia. Intervalo de tiempo Amplitud de tensión.

7 Categoria Transitorios Contenido especial tipico Duracion tipica Amplitu d de tension tipica Impulsivos Nanosegundo 5ns <50ns Microsegundo 1us <50ns-1ms Milisegundo 0.1mS >1mS 1.2-Oscilatórios Baja frecuencia <5kHz 3-50mS 0.4pu Media frecuencia 5-500kHz 20µs 0.4pu Alta frecuencia 0.5-5MHz 5µs 0.4pu 2.0-Variacion de corta Duracion 2.1-instantanea Sag ciclos pu Swell ciclos pu 2.2-Momentania Interrupcion 0.5ciclos-3s <0.1pu Sag 30ciclos-3s pu Swell 30ciclos-3s pu 2.3-Temporaria Interrupcion 3s-1minuto <0.1pu Sag 3s-1minuto pu Swell 3s-1minuto pu 3.0-Variaciones de larga duracion 3.1-Interrupcion >1 minuto 0.0pu 3.2-Subtension >1 minuto pu 3.3-Sobretension >1 minuto 1.1-2%pu 4.0-Desquilibrio de tension regime permanente 0.5-2% 5.0-Distorsion de forma de onda 5.1-Nivel DC regimen permanente 0-0.1% 5.2-Harmonicas de orden regimen permanente 0-20% 5.3-Inter harmónicas 0-6kHz regimen permanente 0-2% 5.4- Not ching regimen permanente 5.5-Ruido faixa amplia regimen permanente 0-1% 6.0-Fluctuacion de tensión <25kHz intermitente 0.1-7% 7.0-Variación de frecuencia <10s 18

1-instantanea 2.1.1-Sag 0.5-30ciclos 0.1-0.9pu 2.1.2-Swell 0.5-30ciclos 1.1-1.8pu 2.2-Momentania 2.2.1-Interrupcion 0.5ciclos-3s <0.1pu 2.2.1-Sag 30ciclos-3s 0.1-0.9pu 2.2.2-Swell 30ciclos-3s 1.1-0.9pu 2.3-Temporaria 2.

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