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Volumen 1, Artículo 5Solución a los “huecos” (subtensión momentánea) e

Interrupciones de Tensión

En este artículo aparecen soluciones a lasfluctuaciones de tensión provocadas por los “sags” ylas interrupciones.

El Problema

Una planta de extrusión en Virginiaestaba siendo afectada por inesperadasfluctuaciones de tensión, denominadas“sags” e interrupciones.Las luces parpadeaban ylos variadores develocidad fallaban, y elpoliéster fundido empezóa engancharse en lascintas y en los rodillos.Cuatro horas más tardelos trabajadoresconsiguieron devolver lalínea de producción a lanormalidad y, antes deque se completara elproceso, se repitió elproblema a causa deuna tormenta. Durantelos 6 primeros meses de1994, la planta sufrió 35pérdidas en la

producción provocadas por “huecos” e interrupciones.

La planta consultó a la compañíasuministradora de energía, que acordóayudar a determinar las causas de lasnumerosas desconexiones y recomendarsoluciones. Grupo Schneider, en asociacióncon la compañía eléctrica, colocó en Julio unCircuit Monitor en la acometida de serviciode la planta, para medir las fluctuaciones de

tensión que causaban los problemas. Unode los primeros eventos que fue grabado(Figura 1) mostraba un defecto en la calidadde potencia.

Términos y conceptos clave

Un “sag” de tensión es una brevedisminución de la tensión efectiva con unaduración menor a un minuto. Generalmenteson motivados por fallos en la instalación dela compañía, causados por rayos, arboles oanimales en contacto con las líneas (verFigura 2), o fallos de los equipos. Tambiéntienen lugar cuando se arranca un gran

Figura 1. Forma de onda de alta velocidad, capturada durante un “sag” de tensión.

Figura 2. Contacto entre un árbol y una línea dealimentación (causa común de defecto que provoca un“sag” de tensión).

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motor o se produce un fallo en el interior deuna planta. Los “sags”se diferencian de lasinterrupciones en queobservamos algo detensión, mientras queéstas ultimas suponenuna perdida total detensión (ver Figura 3).Sin embargo, ambossucesos tienen unaduración parecida(generalmente menosde un segundo) yresulta difícildistinguirlos sin laayuda de un equipode análisis de altavelocidad; sobretodoen “sags” de tensiónprofundos, queproducen el mismoefecto en la plantaque lasinterrupciones. Lasinterrupciones y los“sags” de tensióndebidos a fallos de lacompañía, varían enduración y magnituddependiendo de susituación en lainstalación y delnumero de fases a lasque afectan.

¿Por qué esimportante distinguirlos “sags” de lasinterrupciones?

Las soluciones de los “sags” detensión en la parte del cliente songeneralmente más baratas que lassoluciones a las interrupciones. A menudolos fallos a causa de “sags” puedenreducirse en numero, con un equipo muchomás barato que un S.A.I. (Sistema deAlimentación Ininterrumpido), formado portransformadores de tensión constante,sintetizadores magnéticos y controladores.

Las interrupciones requerirán S.A.I. o caras

modificaciones de la red de distribución de lacompañía.

Los “sags” de tensión pueden provocarel fallo de procesos sensibles y ello puederesultar extremadamente caro. Este tipo defluctuación afecta a: procesos de extrusión,fabricación de piezas de silicona, tratamientode datos y procesos químicos y defabricación de papel. Algunos “sags” afectansólo a una o a dos fases del circuito trifásico

Figura 3. “sag” de tensión causado por un fallo de la compañía (arriba) e interrupciónprovocada por el disparo de un interruptor (abajo). Los Circuit Monitor pueden capturarformas de onda de hasta 60 ciclos en cada fase.

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(Figura 4). Por tanto, dependiendo de si lascargas son monofásicas o trifásicas, de lasconexiones del transformador entre la cargay la situación del fallo, sólo fallará una partede la planta durante esta fluctuación. Lasinterrupciones siempre afectan a todas lasfases simultáneamente.

Medición de “sags” de Tensión eInterrupciones

La alta velocidad del CM-2350 y de losCircuit Monitor superiores permite capturareventos como el “sag” de la planta deextrusión. Estos equipos permiten registrarautomáticamente un suceso relacionadocon el nivel efectivo de cualquiera de lastensiones o intensidades de entradaanalizadas. Cuando se exceden los nivelespreprogramados, el Circuit Monitor capturasimultáneamente una foto de las tensiones eintensidades instantáneas en siete canales.Los dibujos de captura constan de 64 puntospor ciclo para cada canal, y hasta 60 ciclospor suceso.

La foto de onda del suceso incluye de2 a 10 ciclos anteriores al sucesodependiendo de las preferencias del usuario.Además, se puede definir una lista en la quepuede registrarse toda la informaciónrelacionada con el suceso. Es posibleregistrar listas con información acerca de,

por ejemplo, factor de potencia,desequilibrios de tensión y otros parámetros.

Los puntos del suceso de altavelocidad son escogidos por el usuario y eséste el que selecciona los niveles de tensióno intensidad a los que empieza (valor“pickup”) y acaba (valor “dropout”) la captura.Éstos pueden ser valores absolutos ovalores relativos. En las figuras 5 y 6 seindican cuales son las pantallas de

configuración delSystem ManagerSoftware paraseleccionar valoresabsolutos o relativosrespectivamente.

Los valoresabsolutos se utilizancuando el usuariodesea definir lospuntos exactos en losque el suceso seregistra. Los relativos,en cambio, se utilizanen casos en que sequieren permitirfluctuacionesduraderas de un valor

sin registrarlas a menos que éste varíe en unporcentaje especificado. Esto evita que seancapturados falsos eventos por umbralesmuy cercanos a los valores medidos.

Por ejemplo; un 5% como valor“pickup” provoca un registro de suceso “sag”si la tensión efectiva varía en un 5%respecto a la media de tensión de los últimos30 segundos. Para más flexibilidad, elintervalo de tiempo para calcular la mediapuede reducirse hasta 5 segundos, parahacer el registro de sucesos menos sensiblea las variaciones de tensión.

¿Como determina el Circuit Monitorque ha tenido lugar un “sag” ?

Cada medio ciclo (0,008 segundos),el Circuit Monitor compara el valor medido enel ciclo anterior con el valor “pickup”especificado en la pantalla de configuración.Si el valor medido cae por debajo del“pickup” tiene lugar una captura de alta

Figura 4. “sag” de tensión que afecta principalmente a una fase de un circuito detrifásico.

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velocidad. El Circuit Monitor registra el tipode suceso, la hora a la que se superan losvalores de “pickup” y “dropout”,y la magnitud del valor mínimodurante el suceso. La hora de“pickup” y la hora de “dropout”tienen una precisión de unmilisegundo.

Precaución: Esnecesaria alimentaciónauxiliar

Para que el CircuitMonitor sea capaz de operardurante una perturbación depotencia de la instalación, esnecesaria una fuente deenergía controlada. Loscontroladores de corrientecontinua son más aconsejables,y si no disponemos de unafuente de energía controladapodemos utilizar un S.A.I. debajo coste. Un Circuit Monitorsupone una carga de 14 VA y

debe conectarse de forma que no se pierdainesperadamente la potencia a controlar acausa de la perturbación que queremos

capturar. Si queremos analizar uninterruptor, debemos conectar el equipo de

control aguas arriba de estemecanismo, de manera que, siabre, no se interrumpa elsuministro del equipo.

Comparado con otrosdispositivos electrónicos, elCircuit Monitor es bastanteresistente a las pérdidasmomentáneas de tensión, yaque soporta una interrupción dehasta una décima de segundomientras que los primeros nosoportan más de una quincenade segundo. Además, latensión de alimentación puedevariar de 100 a 264 V decorriente alterna, permitiendouna amplia variación sinpérdida del control de potencia.

La Solución

Figura 5. Pantalla de configuración del System Manager Softwareen caso de umbrales absolutos. En este ejemplo, la captura de formade onda tendrá lugar cuando la tensión fase-neutro caiga por debajode 250 V.

Figura 6. Pantalla de configuración del System Manager Software en casode umbrales relativos. Aquí la captura tendrá lugar cuando la tensión caigaun 5% del valor nominal.

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El análisis de la planta de extrusiónpermitió identificar algunas áreas que debíanser mejoradas por la compañía. Al observarel suceso dibujado en la figura 1, el técnicode la planta dedujo que el proceso eraexcesivamente sensible a los “sags”.Inicialmente la planta fue diseñada con elequipo necesario para disminuir los efectosde los “sags” de tensión. Los controladores ylos equipos electrónicos de los variadores decontinua son alimentados por un conjuntomotor-generador. Otros microprocesadoresque controlan los procesos de extrusión sealimentan de sistemas S.A.I.

La planta utilizó la informaciónproporcionada por la captura de forma deonda para mejorar los puntos débiles de lainstalación: los variadores de refrigeraciónde los rodillos. En base a la capturamostrada en la figura 1, los técnicosdecidieron cambiar la configuración de loscontroles de los variadores de velocidad dealterna. Cada variador esta equipado con un“tablero de fallos”, un circuito sensor quedetecta anomalías en la tensión ydesconecta el dispositivo para proteger suscostosos componentes electrónicos. Suajuste, redujo la sensibilidad de la línea deproducción frente a los “sags” sin dejar deproteger sus componentes. Con estecambio, estos variadores funcionaronlentamente durante los “sags” pero no sedesconectaron. Esta mejora disminuyó lasensibilidad de la línea de extrusión frente alos “sags”.

Las soluciones a los “sags” de tensiónson generalmente menos costosas que lassoluciones a las interrupciones. En amboscasos, tanto la instalación de la compañíacomo la del cliente, pueden ser susceptiblesde mejora. A menudo la mejor solución paralos fallos provocados por los “sags” es unaaproximación dual:

• Reducir el numero de fallos de lacompañía.

• Disminuir la sensibilidad de losequipos de los clientes.

Esto supone una asociación entre lacompañía y el cliente, basada en una

comunicación abierta y una voluntad paracompartir ideas e información.

En la instalación de la compañía, lassoluciones a los “sags” pasan por revisar lasfuentes más comunes de fallos. Una de ellases el contacto accidental entre un árbol yuna línea aérea (recordemos que éstas noestán aisladas como, por ejemplo, elcableado de una vivienda). El contacto conun árbol permite el paso de corriente desdeel cable hasta el suelo a través de éste,sobretodo en días húmedos o con viento.Los altos niveles de intensidad que tienenlugar durante un “sag”, afectan a toda la redhasta que las protecciones interrumpen supaso. Las compañías intentan evitar que losarboles entren en contacto con las líneascortando las ramas que crecen cerca deellas, pero el crecimiento anormal, o losrecortes en los presupuestos de poda dearboles que aumentan el periodo entrepodas, favorecen estos accidentes.

Las soluciones de los “sags” detensión para los clientes pueden ser, comodescubrió la planta de Virginia, tan simplescomo ajustar la configuración de algunosdispositivos. Este cambio no elimina losfallos, pero reduce su número en unacantidad considerable. El siguiente pasoserá instalar transformadores de tensiónconstante (CVTs) en los circuitos de controlsensibles. Estos utilizan las característicasde saturación de los transformadores paraestabilizar la tensión de salida frente a loscambios bruscos de la tensión de entrada.Los CVT son muy caros y además nosoportan consumos de potencia elevadosaunque, generalmente, los circuitos decontrol representan un consumo inferior a1KVA.

Conclusión

Los “sags” de tensión (subtensiónmomentánea) y las interrupciones sonperturbaciones de calidad de potenciacostosas. Estos sucesos son provocados pordefectos en la instalación de la compañía, oalgunas veces por el funcionamiento normal

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en la instalación del cliente. Ambasperturbaciones duran menos de un segundo.Durante un “sag” la tensión no se anula,mientras que en una interrupción hay unacaída total de tensión. Resulta importantedistinguirlos ya que las soluciones difierenampliamente en coste y complejidad. Lainformación proporcionada por la captura dela forma de onda, resulta crucial a la hora dedeterminar que suceso provoca los fallos,identificar las causas y analizar las posiblessoluciones. Los Circuit Monitor de GroupeSchneider con su captura de onda de altavelocidad pueden asegurarle que los “sags”y las interrupciones no arruinaran sunegocio.

Compruebe su Coeficiente de Potencia

Las siguientes cuestiones le ayudarána comprobar su comprensión de lainformación de los cuatro primeros artículos.Las cuatro primeras cuestiones se refieren alos artículos 1, 2 y 3.

Responder verdadero o falso(soluciones al final de la página):

1. Una carga del 80% de tasa dedistorsión de armónicos (thd) encorriente puede producir menos deun 5% en tasa de distorsión detensión.

2. Los variadores de corriente alternapueden representar menos del 20%de la capacidad de untransformador sin exceder un 5% dethd de tensión.

3. El parpadeo de las luces esprovocado únicamente porfluctuaciones de más del 5%.

4. La resonancia de armónicos es unproblema potencial a considerarantes de instalar baterías decondensadores.

5. El coste de la soluciones a los“sags” es parecido al de lasinterrupciones.

6. La tensión de alimentación en losCircuit Monitor puede variar entre

100 y 264 V sin afectar a suoperación.