Sobretensiones

INTRODUCCIÓN.

En toda residencia, industria o sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica, existe el riesgo de que estas instalaciones sufran sobretensiones. Se entiende por sobretensión a toda onda de tensión variable en el tiempo cuyo máximo valor es superior a la tensión máxima de servicio. Las sobretensiones son capaces de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica.

Las sobretensiones se originan como consecuencia de descargas de rayos, maniobras de conmutación en circuitos eléctricos y descargas electrostáticas. La energía que aporta la descarga de un rayo no puede ser soportada por la más robusta construcción de una alimentación de baja tensión de un edificio ni por una instalación industrial, sin medidas de protección. Las sobretensiones actúan temporalmente en el lapso de millonésimas de segundo.

Las sobretensiones son capaces de producir descargas que, además de destruir o averiar severamente el material, pueden producir otras sobretensiones que posiblemente aunadas a ciertas condiciones especiales en el sistema, pudieran ser igual o más perjudiciales que las primeras. En algunos casos, lo perjudicial de las sobretensiones no se debe al valor de su magnitud, ya que esta situación podría durar muy poco tiempo, sino también a la forma de onda. El realizar una buena coordinación de aislamiento no asegura totalmente la protección del sistema, es por eso que debe asegurarse que la descarga a tierra se haga lo más rápido posible.

Las industrias, comercios, complejos habitacionales y residencias se han vuelto más dependientes del equipamiento electrónico sensible, destinado al almacenamiento de datos, comunicaciones, accionamientos, confort, seguridad y un sin número de aplicaciones el cual es susceptible a las perturbaciones eléctricas ó electromagnéticas las cuales pueden provocar daños o funcionamiento defectuoso en estos equipos con consecuencias como interrupción de servicio, pérdida de los datos, o lo que es peor de una vida. Las perturbaciones que ocasionan picos de sobretensión ocurren con infortunada regularidad, y a menos que el usuario proteja los equipos, o lo que es lo mismo, proteja su negocio ó vivienda contra las sobretensiones se corre un alto riesgo de daños o mal funcionamiento de los equipos lo cual podría ocasionar serios y graves inconvenientes.

Por todo esto, las líneas y los aparatos del sistema eléctrico tienen que estar protegidos por dispositivos diseñados para limitar sobretensiones transitorias, y regular los flujos de corriente originados por rayos y maniobras en la red. Entre estos dispositivos están los pararrayos y los descargadores.

SOBRETENSIONES

Se denomina sobretensión a todo aumento de tensión capaz de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica. Las sobretensiones en sistemas eléctricos también son conocidas como transitorios, en ciertos casos, pueden causar graves problemas a los equipos conectados a la línea, desde su envejecimiento prematuro hasta incendios o destrucción de los mismos. En otros, su efecto puede ser positivo, como en la recarga rápida o forzada de las baterías de litio-ferrofosfato.

Cualquier conductor metálico puede ser la vía de conducción de las sobretensiones.

En las instalaciones eléctricas, las líneas de la red de distribución de energía eléctrica y la red de telefonía son las más propensas a sufrir sobretensiones, ya que tienen grandes tiradas de cables fuera de edificios, y forman una malla de interconexión entre todas las instalaciones.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU ORIGEN

Las tensiones anormales o sobretensiones pueden clasificarse, según su origen, en dos grupos: las sobretensiones internas y las atmosféricas.

Sobretensiones internas: También conocidas como las sobretensiones de funcionamiento o de conmutación asociadas a los equipos de la red. Son ocasionadas por fallas eléctricas, cambios súbitos de energía, ferrorresonancia y operación de interruptores. Todas estas generan sobretensiones de un nivel inferior (de 3 a 5 veces la tensión nominal) pero suceden con mucha más frecuencia, causando de esta manera un envejecimiento prematuro de los equipos.

Existen dos tipos de sobretensiones internas:

 Sobrevoltaje de la frecuencia de la energía.

La magnitud de las sobretensiones de la frecuencia de la energía es típicamente mas baja en comparación con las sobretensiones por interrupción o por rayos. Las causas más comunes de las sobretensiones por frecuencia de energía son:

Fallas eléctricas: resulta en una interrupción para la fase fallada y en una sobretensión en las fases que no tienen falla.

Efecto Ferranti: ocurre cuando se desconecta la carga en el extremo de una línea de transmisión larga. En este caso, la línea toma una corriente capacitiva de la fuente, que genera un gradiente de voltaje a lo largo de la línea de dicha fase, suficiente como para incrementar el voltaje en el extremo abierto de la línea.

Ferrorresonancia: es un fenómeno de resonancia no lineal de armónicos, ocurren cuando se energizan líneas largas de transmisión y transformadores de potencia sin carga, en la operación de interruptores monofásicos de un transformador trifásico, y en otros casos en los que interviene un circuito magnético con núcleo de hierro conectado a un circuito sustancialmente capacitivo.

 Sobretensiones debidas a la operación de interruptores o conmutadores.

Las sobretensiones por funcionamiento se producen cuando se encienden o se apagan equipos reactivos o capacitivos, originando sobretensiones proporcionales al voltaje de la frecuencia de energía. Por ejemplo, la energización de una línea trifásica puede resultar en una sobretensión en el extremo abierto que puede ser muy alto, hasta de 5 p.u., dependiendo de la sincronización de la operación de los interruptores con respecto a la fuente. La operación de interruptores o conmutadores es frecuente en los sistemas de energía. Se efectúan una variedad de operaciones de desconexión o de conexión para los trabajos de rutina o bien en forma automática por los sistemas de control y protección.

Sobretensiones atmosféricas: Las sobretensiones naturales en las redes de baja tensión son causadas por descargas directas de rayos. El alto nivel de energía contenida en una descarga directa de un rayo sobre un pararrayos o sobre un tendido eléctrico aéreo de baja tensión produce daños considerables en las instalaciones. La sobretensión puede alcanzar valores por encima de 20 veces la tensión nominal.

La causa de los rayos es la separación y acumulación de cargas eléctricas en las nubes, esta electrificación da como resultado intensidades de campo eléctrico suficientemente grandes para producir disrupción en el aire y el desarrollo subsecuente del rayo.

Existen dos tipos de sobretensiones atmosféricas;

 Descargas directas de rayos.

Cuando un rayo produce una descarga en un pararrayos o en el tejado de un edificio que esté conectado a tierra, la corriente del rayo se disipa en el suelo. La impedancia del suelo y la corriente que fluye a través del mismo crea una diferencia de potencial elevada: la sobretensión. De este modo, esta sobretensión inducida se propaga por el edificio a través de los cables, lo que produce daños en los equipos. También cuando un rayo produce una descarga en una línea aérea de tendido Eléctrico de baja tensión, ésta conduce corrientes altas que penetran en el edificio creando sobretensiones grandes. Este tipo de sobretensiones suele causar daños muy importantes (por ejemplo, un fuego en el cuadro eléctrico que provoca la destrucción de edificios y equipos industriales), así como terminar con explosiones.

 Efectos indirectos de las descargas de rayos.

Las sobretensiones citadas anteriormente también se generan cuando se producen descargas de rayos en las inmediaciones de un edificio, debido al incremento en el potencial del suelo en el punto de impacto. Los campos electromagnéticos creados por la corriente del rayo generan un acoplamiento inductivo y capacitivo, que provoca otras sobretensiones. El campo electromagnético causado por un rayo en las nubes también puede generar aumentos de tensión repentinos en un radio que puede alcanzar hasta varios kilómetros. Aunque de forma menos espectacular que en el caso anterior, también puede causar daños irreparables a los equipos llamados sensibles como los equipos de fax, las fuentes de alimentación de ordenadores y los sistemas de seguridad y comunicaciones

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU DURACIÓN.

Las tensiones anormales o sobretensiones pueden clasificarse, según su duración, en dos tipos: las sobretensiones permanentes y sobretensiones transitorias.

Las sobretensiones permanentes: son aumentos de tensión superior al 10 por ciento de la tensión nominal y de duración indeterminada, generalmente debido a la descompensación de las fases, habitualmente causada por la rotura del neutro. La rotura de neutro provoca una descompensación

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