Transitorios, Variaciones de corta y larga duración, Desbalance de tensión

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Transitorios, Variaciones de corta y larga duración, Desbalance de tensión.

 Transient, Short and long duration variations, Voltage imbalance (febrero de 2023)

Kevin Moreira, Universidad Técnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas, Esmeraldas-Ecuador, kevin.moreira.narvaez@utelvt.edu.ec

Resumen – En el presente trabajo estudiaremos los transitorios, su nombre se debe a que son correspondientes a una variación de alta frecuencia, o de alta velocidad, de una tensión o señal nominal de trabajo. Cuan más mayor sea la desviación con respecto al valor nominal, mayor serán las probabilidades de que se produzcan problemas de funcionamiento o daño en los equipos electrónicos. Los Transitorios pueden formarse por varios factores estos pueden ser por funcionamiento del circuito, como accionar sistemas de conmutación, o factores externos como descargas atmosféricas. A todo esto se presentas variaciones de corta duración y larga duración, en el documento presente daremos a conocer como se compartan, cual es su efecto y como se forman. Para conoces el desequilibrio de la tensión primero que nada tendremos muy en cuenta que este mismo degrada el rendimiento y reduce la vida útil de motores trifásicos, el efecto de estos transitorios puede ser graves. Al haber mencionado estos diversos efectos debemos tener en cuenta que estos mismo pueden alterar o cambiar la forma de onda del tensión esto se conoce como distorsión de la forma de onda que simple y llanamente vendría a ser una alteración de su forma natural y convencional, en el detalla miento del texto se podrá conocer mas a fondo sobre estas causas-efectos. A mi perspectiva puedo decir que los transitorios desencadenan una serie de recciones que surgen una detrás de otra como lo son las fluctuaciones de tensión, existen estudios para determinar estas fluctuaciones, aquí en esta parte ocurren efectos curiosos como lo es el efecto Flicker, que no es mas que un parpadeo de la luz, este efecto puede incomodar mucho y producir efectos de malestar.

Palabras Clave -. Transitorio, electromagnético, descarga atmosférica, frecuencia.

1. introduccion

La principal razón por la que hay interés en los estudios de calidad de energía es de tipo económico. En los últimos años, se ha incrementado el número de cargas sensibles a las variaciones de los parámetros en el suministro de energía eléctrica. Los fenómenos transitorios constituyen una de los mayores regímenes de operación de cualquier red eléctrica mas del 80%, una simple acción como lo es conexión o desconexión de equipos electrónicos es suficiente para producir una anomalía en el sistema o condiciones anormales en las redes eléctricas con los consiguientes estrés o síntomas en los equipos: calentamiento, vibraciones, etc.

1. transitorios

Un transitorio primero que nada es una sobre tensión, es decir un aumento de voltaje de muy corta duración, medido entre dos conductores de alimentación, fase-fase, o puede ser de conductor de línea y tierra, estos aumentos de voltaje pueden deberse a descargas eléctricas atmosféricas, estos puedes ser rayos, o a procesos de conmutación o de averías, pueden ser contactos a tierra o cortocircuitos[1].

Uno de los mecanismos para mitigar las sobretensiones causadas por descargas atmosféricas en las torres de transmisión son los conductores de aterramiento[2].La impedancia de aterramiento se emplea para disipar las corrientes de fallas en el suelo, reducir el potencial de paso y toque de la torre o subestaciones eléctricas para protección del personal cercano y de los equipos que se conectan en los sistemas de energía eléctrica[2]. La forma de onda es perceptible bajo aparatos de medida como el osciloscopio, la onda se torna como el la Fig1.

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Fig 1.  Transitorios eléctricos, aquí se puede apreciar como la onda se distorsiona por un periodo de tiempo.

Los transitorios pueden clasificarse en dos categorías: Transitorios de impulso y transitorios oscilatorios.

1. Transitorios de impulso

Es un cambio súbito de tensión, corriente o ambas, a una frecuencia distinta de la fundamental, es unidireccional en su polaridad y se caracterizan por ondas de sobretensión de frente rápido y de aumento relativamente lento en la escala de tiempo que se maneja[1].

1. Transitorios oscilatorios

Son aquellos cuyo valor instantáneo de tensión o corriente cambia rápidamente de polaridad, pueden ser causados por la desconexión de líneas, bancos de capacitores o energización de transformadores[1]

1. variaciones de corta duracion

Las variaciones de tensión de corta duración son causadas por condiciones de falla, la energización de grandes cargas que requieren altas corrientes de arranque o de la perdida de conexiones en el cableado del sistema eléctrico[3]. El desarrollo tecnológico ha generado el desarrollo de equipos eléctricos nuevos que, al encontrarse vinculados a la red, se establece la necesidad de aumentar la generación por parte del sector eléctrico y así cubrir la demanda en el uso para actividades humanas debido a que la distorsión armónica de la calidad de la energía eléctrica presentó problemas desde la década de los 40. Las variaciones en la onda de voltaje, frecuencia y corriente en el sistema eléctrico que lo provee, pueden ser generadas por la propagación de equipos que tienen propiedades eléctricas no lineales.  Estas perturbaciones eléctricas dependen del tipo, magnitud y duración de las mismas. Las perturbaciones eléctricas son las causantes primordiales de la pérdida de energía, también de perjuicios y errores en equipo en cuento a su funcionamiento se refiere[4]. La formas de onda de corta duración ocurren en periodos de tiempos muy cortos para ello se usan métodos basados en IA, los cuales permitirá identificar patrones de estas variaciones y así poder evitar pérdidas en un sistema de distribución eléctrica de baja tensión[5], véase la representación de ondas en periodos cortos de tiempo en la Fig2.

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Fig. 2.  Variaciones de corta duración en un periodo de tiempo

1. variaciones de larga duración

Las variaciones de larga duración consideran las desviaciones rms a la frecuencia del sistema eléctrico para tiempos mayores de un minuto. La calidad de energía se encuentra definida por normas a nivel mundial, como la norma IEEE 1159-1995 o IEC 61000-4-30, etc. Se la define como la energía que mantiene a las principales y mejores propiedades de abastecimiento y además muestra una afinidad electromagnética buena generando así un funcionamiento correcto de los equipos eléctricos. Con ello, se establece una confianza elevada y una buena continuidad de servicio a cada una de las cargas vinculadas a la red eléctrica[4]. Véase las variaciones de larga duración en la Fig3.

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Fig. 3.   Perturbación en la tensión de larga duración.

1. desbalance de tensión

Para empezar ya sabemos que estos problemas mencianos en este documento son causados por el desarrollo acelerado en este caso de la electrónica de potencia y todas las tecnologías referentes a la información y las comunicaciones, esto ha provocado que se acentué la circulación de perturbaciones y armónicos como tales de tiempo en las redes de suministro eléctrico de media-baja tensión y de carácter industriales, principalmente esto afecta a los motores eléctricos asíncronos[6]. Este fenómeno lo que hace es provocar el mal funcionamiento de motores asincrónicos, el aumento de las pérdidas y la reducción de la vida útil además de la para de la producción se vuelven unos de los principales inconvenientes[6]. Las normas IEEE Std-112-2004 e IECStd-60034-2-1, nos dan los resultados mas precisos en la determinación de la eficiencia de motor, no son aplicables en condiciones de campo. Razón por la cual se han desarrollado varios métodos que permiten realizar análisis energético de los motores trabajando in situ, mas sin embargo, en ningún caso se considera de manera satisfactoria el efecto provocado por la alimentación del motor mediante redes contaminadas de armónicos de tiempo, con desviaciones y balances de tensión[6].

Se conocen tres métodos aplicables estos son, método de placa, método de la corriente y el método de deslizamiento, estos son los mas utilizados en condiciones de campo, esto debido al bajo costo de equipamiento necesario y al bajo nivel de intrusión en su aplicación. Sin embargo su uso en presencia de problemas de calidad de la energía, conlleva a errores inaceptables[6].  El incremento del calentamiento del motor aumenta paulatinamente y con esto se aumenta las perdidas como se muestra en la Fig4.

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Fig. 4.  Desbalance de tensión, esto puede provocar como primer punto perdidas de energía y producción.

1. distorsión de la forma de onda

La distorsión es cualquier cambio en una señal que altere su forma de onda básica, en el dominio de tiempo y de frecuencia, ahora bien la distorsión en la forma de onda como tal es una alteración a la forma de onda de una señal como tal debido a que una ganancia no lineal genera nuevas componentes espectrales em frecuencia[7]. En la actualidad la energía eléctrica se ve como un producto mas que un servicio, y como todo producto se cuantifica por sus características, como la calidad, el precio y la accesibilidad. La calidad del producto eléctrico se mide a partir de variables cuantificables, siendo una de ellas la distorsión armónica, THD, esta variable mide porcentualmente cuanto se deforma la onda sinusoidal de voltaje o corriente respecto de su onda fundamental[7]. La interconexión de los sistemas eléctricos es cada vez más compleja. Una gran cantidad de cargas no lineales provocan la contaminación armónica grave y compleja en la red eléctrica; por ende, el control de los armónicos es de gran importancia. La señal en la aplicación práctica tiene la característica compleja de la interferencia del ruido, que incide directamente en el proceso de detección de armónicos. Por lo tanto, eliminar el ruido y hacer que la detección de armónicos sea estable lo más rápido posible es de gran importancia para evaluar la calidad de energía eléctrica que se está suministrando[7]. La distorsión de la forma de onda viene dada como deformación de la misma, a continuación, en la Fig5 se denota la misma.

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