Aplicaciones prácticas para los registros de tensión monofásica

Las instalaciones de todo tipo, desde las industriales a las comerciales, pasando por las de grandes zonas residenciales, a menudo comparten un problema común: el nivel y la estabilidad de la tensión. Que el problema merezca que se aplique un proceso de solución de problemas depende de la sensibilidad a la hora de crear cargas y del grado de variaciones de la tensión.

Por ejemplo, el nivel de tensión puede convertirse en un problema en un área en la que haya muchas cargas o edificios conectados a una conexión de servicios públicos común. Para mantener la tensión adecuada al final de la línea, los servicios públicos normalmente establecerán la tensión por encima de su valor nominal. A medida que se vayan añadiendo y eliminando cargas, la tensión caerá o se elevará. Esto hace que sea posible que la tensión se eleve más del 10 % en la entrada de una área a medida que las cargas se van eliminando. Y, a medida que las cargas se añaden, la tensión puede descender más del 10 % al final de la línea.

Dispositivo VR1710 de Fluke

La estabilidad de la tensión puede resultar un problema en áreas en las que las cargas se producen a lo largo de ciclos activos e inactivos durante el día. Los grandes compresores, motores, máquinas de soldar, hornos de arco, condensadores de corrección del factor de potencia y otras máquinas eléctricas pesadas, junto con la impedancia del sistema, pueden causar fluctuaciones de la tensión y transitorios.

En entornos industriales, grandes cargas harán que la tensión fluctúe cuando estas arranquen. Por ejemplo, el encendido de motores puede causar bajadas de la tensión y los condensadores de corrección del factor de potencia pueden causar transitorios en la tensión. O bien, un gran horno de arco puede hacer que la tensión baje al empezar a funcionar. Por su parte, las máquinas de soldar pueden causar transitorios en la línea al usarse. Todos estos problemas pueden causar anomalías en los sistemas de control como los PLC, ordenadores u otros equipos de oficina.

Los edificios comerciales, especialmente los de grandes dimensiones, tienen también problemas con la tensión. Las unidades de gestión del aire y los sistemas de aire acondicionado son de uso obligado para la seguridad y la comodidad de sus ocupantes. El problema es que estos sistemas pueden causar bajadas de tensión o transitorios durante los ciclos de actividad e inactividad (especialmente durante periodos de gran demanda). En un edificio de oficinas de gran altura, aumentar las cargas en los primeros pisos hará que la tensión baje en los pisos de arriba. Esto afectaría a ordenadores, fotocopiadoras u otros equipos de oficina electrónicos.

Los hospitales de hoy en día son especialmente vulnerables a los problemas con la tensión. Las máquinas de rayos X, los sistemas TAC, los equipos de radioterapia y prácticamente todos los equipos de análisis y monitorización de los pacientes son sensibles a los problemas con la tensión. Antes de su instalación, muchos de estos elementos requieren confirmación de un nivel estable y correcto del suministro de la tensión. Algunos pueden también causar problemas con la tensión en otros sistemas, tales como laboratorios, ordenadores y equipo de oficina.

Para resolver estos problemas, un registrador de tensión monofásica es a menudo el primer paso más sencillo. Establezca el intervalo, conéctelo al circuito en cuestión y deje que se registren los datos. A continuación, después de que cargas sospechosas hayan seguido ciclos de actividad e inactividad durante un periodo de tiempo, descargue los datos y use el software para analizar el suministro de tensión, además de para buscar los armónicos, transitorios u otros problemas potenciales. La siguiente valoración utiliza el registrador de tensión VR1710 de Fluke para demonstrar este análisis.

Evaluación del circuito para detectar el problema

Tensión

El registrador VR1710 de Fluke proporciona dos métodos fáciles para evaluar la estabilidad de la tensión. El primero son los gráficos de tensión.

Fig. 1 Gráfico de tensión
Figura 1: Gráfico de tensión

Los gráficos de tensión son una manera muy fácil de evaluar rápidamente la estabilidad y el nivel de la tensión. Por ejemplo, en la Figura 1, la tensión máxima es de 126 V y la mínima es de unos 116,5 V. Hoy en día, los servicios públicos intentan mantener una tensión de suministro del ±5 % con un valor nominal de 120 V. Un aspecto interesante de esto es que el efecto sobre los ciclos de actividad e inactividad de las cargas se hacen fácilmente visibles. Algunos lugares en los que podría apreciarse son aquellos en los que los motores eléctricos funcionan por ciclos, los condensadores de corrección del factor de potencia se introducen o se eliminan de una línea, los soldadores están en funcionamiento o cuando se están activando otras grandes cargas. Gran parte de todo esto se debe a las cargas trifásicas, ya que pueden afectar a la estabilidad de la tensión monofásica.

El segundo método utiliza análisis estadísticos para evaluar la estabilidad de la tensión.

Fig. 2 Análisis estadísticos
Figura 2: Análisis estadísticos

En la visualización del Análisis estadístico, la media algebraica de la tensión (promedio),µ, se presenta junto con la Desviación estándar, σ. Del mismo interés son los datos de percentiles. Las tensiones enumeradas a continuación son los puntos en los que se dan el 5 % y el 95 % de los datos. Por ejemplo, aquí el 5 % de las lecturas de la tensión se da por debajo de los 120,8 V y el 95 % de las lecturas de la tensión se da por debajo de los 123,5 V. Otro modo de verlo sería que el 90 % de las lecturas se dieron entre los 120,8 V y los 123,5 V. Se muestra la tensión mínima y la máxima además del porcentaje de las lecturas que se encuentran fuera del -15 % y hasta el +10 % (del 85 % al 110 %) de la tensión nominal ±10 % (entre el 90 % y el 110 %) de la tensión nominal.

Armónicos

Los armónicos siguen siendo una preocupación para de los sistemas eléctricos debido a la abundancia de dispositivos electrónicos en uso hoy en día. En instalaciones comerciales, industriales y de hospitales hay ordenadores, controles medioambientales, equipo de fabricación, laboratorios y equipos de tratamiento de pacientes que generalmente generan armónicos. Los armónicos generados proceden de una distorsión de la forma de onda de la corriente. Puesto que los servicios públicos ofrecen una tensión relativamente limpia y el registrador VR1710 no mide la corriente, ¿cuál es la ventaja de observar los armónicos de la tensión? Para empezar, recordemos que todos los sistemas eléctricos tienen una impedancia característica (resistencia) basada en el tamaño y la longitud del cableado, las conexiones, los protectores de circuito y el sistema de conmutación. A medida que aumentan las cargas (corrientes), se producirán bajadas de tensión a través de esta impedancia. Si estas corrientes se producen en las frecuencias de los armónicos, las bajadas de la tensión producidas también se darán en las frecuencias de los armónicos induciendo, por lo tanto, una tensión de armónicos dentro del sistema eléctrico. Esta distorsión de la tensión puede ocasionar problemas en ordenadores y otros dispositivos electrónicos. Por ejemplo, si la distorsión de la tensión causa la tensión de pico a los 50 Hz o 60 Hz, disminuirla podría afectar al suministro eléctrico de ordenadores y otros equipos de oficina causando un funcionamiento intermitente.

A continuación mostramos una vista de los armónicos en la tensión en un sistema en el que las corrientes de carga la han afectado.

Fig. 3: Captura de armónicos
Figura 3: Armónicos

Aunque es difícil explicar cuándo los armónicos de la tensión van a causar un problema, en caso de darse alguno, los armónicos significativos de la tensión pueden indicar la necesidad de realizar un estudio más extensivo sobre la calidad del suministro eléctrico. En este caso, el análisis debe usar un analizador de la calidad de la electricidad que evalúe tanto la tensión como la corriente, como hace el analizador 435 de Fluke.

Parpadeo de tensión

Un parpadeo de tensión se describe de la manera siguiente: "Parpadeo es la impresión de inestabilidad de una sensación visual inducida por un ligero estímulo cuya luminancia o distribución espectral fluctúa en el tiempo". El resultado es que las luces que parpadean pueden resultar una molestia de moderada a muy intensa, hasta el punto de incluso causar síntomas físicos en el observador. Dos parámetros clave del parpadeo son el PST (parpadeo a corto plazo) y el PLT (parpadeo a largo plazo). El PST se mide durante un intervalo de 10 minutos y la normativa recomienda una lectura por debajo de 1,0. El PLT se mide durante un periodo de dos doras y la normativa recomienda una lectura por debajo de 0,8.

Captura de un parpadeo de tensión
Figura 4: Parpadeo de tensión

Frecuencia

Los servicios públicos locales ofrecen una estabilidad de 50 o 60 Hz, dependiendo de la frecuencia de alimentación. Sin embargo, ¿qué pasa si está operando desde un generador? Las variaciones de la carga pueden hacer que el RPM cambie y, por tanto, cambie la salida de la frecuencia. El registrador de tensión VR1710 de Fluke ofrece una manera fácil de verificar que el generador mantiene una salida correcta. Junto con la frecuencia, la unidad también registra la tensión, bajadas y fluctuaciones a medida que las cargas cambian, y monitoriza los transitorios de la tensión. A continuación mostramos un gráfico de frecuencia.

Captura de frecuencia
Figura 5: Gráfico de frecuencia

Transitorios

La aparición de transitorios hace pensar en el impacto de rayos en algún punto de la línea. Sin embargo, hay muchas otras causas, entre las que se incluyen los condensadores de corrección del factor de potencia que se está añadiendo a una línea, los motores eléctricos de gran tamaño o los soldadores de arcos. El dispositivo VR1710 de Fluke registra eventos de la tensión tan rápidos como de 100 µs con la forma de onda de CA. Esto hace que sea fácil ver dónde se ha producido el evento en la forma de onda, qué tipo de evento ha sido y cuál ha sido el nivel de tensión.

Resumen

Con el aumento de la sensibilidad por cargas eléctricas de hoy en día, verificar la calidad de la tensión se ha convertido en una necesidad. Dejando conectado un registrador de tensión como el dispositivo VR1710 de Fluke, se pueden registrar los parámetros de tensión principales, analizarlos después del hecho con el software Fluke Power Log e imprimir un informe.