Desequilibrios de tensión e intensidad - Desequilibrios de tensión: son producidos cuando en un sistema trifásico existen diferencias entre los valores eficaces (rms) de las tensiones, tenga o no distribuido el conductor neutro.

- Desequilibrios de corriente: se producen cuando por la tres fases de un sistema trifásico no circulan las mismas intensidades, este tipo de desequilibrio provoca: sobrecalentamiento en los receptores, en cables de alimentación y protecciones que incluso podrían llegar a disparar, circulación de corriente por el conductor neutro (recordar que en redes trifásicas con el neutro distribuido y si el sistema es equilibrado (desbalanceado en Latinoamérica) no hay circulación de corriente por el conductor neutro).

La fórmula empleada para saber si el sistema está desequilibrado es la siguiente, teniendo en cuenta estas referencias:

- El desequilibrio en corriente no debe pasar del 10%.- El desequilibrio en tensión no debe superar el 3%.

Ejemplo 1

Se han realizado las siguientes medidas de corriente en las fases de un sistema trifásico: IL1= 90 A, IL2= 98 A, IL3 = 81 A. ¿Existe desequilibrio de corriente?

Im = 98 A

Ejemplo 2

Se han realizado las siguientes medidas de tensión en las fases de un sistema trifásico: UL1= 230 V, UL2= 235 V, UL3 = 231. ¿Existe desequilibrio de tensión?

Um = 235 V

Perturbaciones de amplitud. Perturbaciones de amplitud, son aquellas que cuando la señal es totalmente senoidal se producen variaciones de voltaje:

- Hueco de tensión:, es una disminución brusca del voltaje de alimentación a un valor entre el 90 % y el 1 % del voltaje declarado, va seguido de restablecimiento del voltaje después de un corto lapso de tiempo.

- Interrupción de la alimentación:, cuando la tensión alimentación es inferior al 1% del voltaje de alimentación suministrado.

Hueco y pico de tensión. Viatger.

Estos dos tipos de perturbación normalmente son debidos a:

1. Cortocircuitos debidos al propio usuario o compañía eléctrica2. Arranques o conmutaciones de cargas de gran potencia.

Estos incrementos de corriente provoca una caída de tensión que se traduce en las perturbaciones anteriormente mencionadas y dejan de ocurrir cuando actúa una protección (interruptores automáticos, interruptores, etc.) o bien cuando la instalación alcanza su régimen permanente.

Los equipos que suelen verse afectados suelen ser equipos electrónicos como son los ordenadores, lámparas de descarga, protecciones electrónicas, etc.

- Sobretensión:, Voltaje superior al 10 % de l voltaje de alimentación. Pueden ser de larga o corta duración, aunque las de corta duración suelen tener un valor más elevado con respecto a las de larga duración.

- Sobretensión transitoria:, sobretensión oscilatoria o no de corta duración muy amortiguada y que dura algunos milisegundos.

Transformadores y motores suelen aguantar bien las sobretensiones si no son frecuentes y de valor elevado, si es así la vida de estas máquinas puede verse seriamente afectada. Los equipos de electrónica de potencia, fuentes de alimentación en general, pueden ser destruidos por este tipo de perturbación.

Transformador de un circuito electrónico quemado como consecuencia de una sobretensión. Foto:Viatger.

- Fluctuación de tensión:, Según CEI-161-08-13 serie de variaciones de tensión.

- Parpadeo, efecto Flicker:, este fenómeno es la impresión de inestabilidad de la sensación visual debido a un estímulo luminoso en el cual la luminosidad o la distribución espectral fluctúa en el tiempo. Las fluctuaciones provocan variaciones de luminancia del alumbrado lo que provoca un fenómeno visual llamado parpadeo.

Tienen su origen en los receptores con variaciones rápidas en su funcionamiento:

1. Arranque de motores.2. Máquinas de soldadura.3. Conexiones y desconexiones de grandes cargas.4. electrodomésticos con regulación automática, etc.

Diversas perturbaciones de amplitud, la N señala el estado normal de la señal. Viatger.

En otras entradas continuaremos con las perturbaciones.

Calidad de la energía eléctrica. La corriente alterna que recibimos en el hogar o la industria responde a una forma y características determinadas que la definen.

Cuando se empezó a utilizar la energía eléctrica, prácticamente, se utilizaban receptores lineales y las compañías suministradoras se preocupaban solo de la continuidad del servicio, pero actualmente dada la utilización de receptores electrónicos que consumen corrientes no lineales produce en las ondas de corriente o de tensión distorsiones que nos pueden afectar en mayor o menor medida, tanto a consumidores como suministradores de energía eléctrica, por tanto, no solo es necesaria la continuidad del servicio sino también la calidad de la onda que debe cumplir unas características básicas.

Antes de mencionar los distintos tipos de perturbaciones que podemos encontrar en las redes eléctricas pasamos a definir las características básicas de una onda de corriente o tensión alterna.Un alternador de corriente alterna produce una onda de tensión senoidal como podemos ver en la siguiente figura;

Onda senoidal y a la izquierda diagrama de Fresnel . Diagrama de Wikipedia.

Forma de la onda.

Viene definida por la siguiente expresión matemática y es la representación en el tiempo de la misma, esta expresión nos indica el valor instantáneo de una tensión o corriente. Para no confundir los valores eficaces de los instantáneos estos últimos se representan por letras minúsculas.

v(t)=Umáx.Sen(Ɯ.t)i(t)=Imáx.Sen(Ɯ.t)

v(t) = Tensión instantánea en función del tiempo.i(t) = Intensidad instantánea en función del tiempo.Umáx= Tensión máxima, también llamada de pico o cresta.Imáx = Intensidad máxima, también llamada de pico o cresta.Ɯ = velocidad angular = 2.π.f = en Europa 2. π.50=314 rad/sf = Frecuencia de la red.t = tiempo en segundos.

Valor de pico a pico.

De una onda de tensión o corriente su valor pico a pico es el valor entre la cresta positiva y la cresta negativa.

Vpp = 2. Umáx. Ipp = 2. Imáx.

En el caso de Europa Vpp = 2. 325 = 650 v

Valor eficaz

Para este valor existen diversas definiciones, pero la que creo que es más didáctica es la siguiente;

Valor de alterna que produce la misma disipación de potencia sobre una resistencia que un valor de corriente continua, es decir, valor de alterna que es equivalente al valor de continua.

Vrms = Umáx./1,41 = 325/1,41 = 230 v

Normalmente cuando medimos con un voltímetro cualquier tensión en nuestras redes el valor que nos da es precisamente el valor eficaz o rms (root mean square, raíz de la media cuadrática).

Tensión máxima positiva, Tensión máxima negativa y Tensión pico a pico de una onda de corriente alterna.

Valor medio de la señal o factor de forma.

Matemáticamente el valor medio de una onda senoidal periódica es cero, ya que ambos semiciclos son iguales, cuando hablamos del valor medio corresponde al valor medio de un semiciclo.

Vm=Vrms/Vmed = 1,11 para una señales senoidales.

Por tanto cuando nos alejamos de 1,11 por exceso o defecto la señal deja de ser senoidal, por ejemplo:

- Factor de forma de una onda rectangular = 1,00- Factor de forma de una onda semicircular = 1,04- Factor de forma de una onda triangular = 1,15

Frecuencia y periodo de una señal.

La frecuencia se define como la cantidad de veces que esa señal se repite en el tiempo, en Europa el valor es 50Hz o ciclos por segundo (cps), en aplicaciones especiales como las aeronáuticas se utilizan 400 Hz.

El periodo de la señal es el tiempo que tarda la señal en repetirse.

F = 1/T = 1/0,02 = 50 HzT = 1/f = 1/50 = 0,02 = 20 ms

Factor de cresta o de amplitud.

Este factor representa la deformación de la onda, relaciona el valor máximo entre el valor eficaz de la señal.

CF = Vmáx./Vrms = 325/230= 1,41 este valor indica que el valor máximo es 1,41 veces superior al valor eficaz de la señal.

Factor de cresta o de amplitud de una onda rectangular = 1,00Factor de cresta o de amplitud de una onda semicircular = 1,22Factor de cresta o de amplitud de una onda triangular = 1,71

Para aclarar la importancia de este valor pondré un ejemplo;

si disponemos de un motor eléctrico cuyos bobinados están diseñados para la circulación de una intensidad eficaz de 100 A de una señal senoidal la intensidad máxima que podrá circular por los bobinados será 100. 1,41 = 141 A, por el motivo que sea si la señal deja de ser senoidal y su factor de cresta vale 2, entonces 100.2 = 200 A!, como se puede apreciar pasan 59 amperios de más que supondrá un deterioro progresivo de los aislantes de la bobina y seguramente un funcionamiento anómalo de la máquina por consumir una intensidad que no es senoidal.

Todos los valores que hemos comentado pueden quedar alterados por caídas de rayos en líneas eléctricas de forma directa o indirecta, maniobras de conmutación en líneas de alta tensión por parte de las compañías suministradoras de fluido eléctrico, utilización de equipos electrónicos que consumen intensidades no lineales (variadores de velocidad, rectificadores, fuentes de alimentación, ordenadores, etc.), interferencias electromagnéticas ya sean radiadas o conducidas, etc.Normalmente cuando hablamos que la calidad de la señal se ha perdido es que se han variado los parámetros antes mencionados.

En las redes se pueden producir 4 tipos de perturbaciones:

A) Perturbaciones de amplitud;

1. Huecos de tensión.2. Interrupción de la alimentación.3. Sobretensión.4. Sobretensión transitoria también llamados transitorios.5. Fluctuación de tensión.6. Parpadeo también llamado efecto Flicker.

B) Perturbaciones de frecuencia.

C) Desequilibrio de tensión o corriente en sistemas trifásicos.

E) Perturbaciones en la forma de onda de la señal; Armónicos.

En otras entradas trataremos los distintos tipos de perturbaciones.