Solución de los problemas relacionados con calidad eléctrica más comunes

Instrumentos y sugerencias para abordar problemas con la distorsión de la tensión y los armónicos

La solución de problemas es un proceso sistemático que permite detectar y eliminar problemas. Para una persona no formada en la materia, es posible que los problemas en los sistemas de distribución eléctrica no le sean reconocibles como problemas de calidad del suministro eléctrico. Por ejemplo, un disyuntor térmico-magnético que se ha disparado normalmente indica que hay un cortocircuito, un error en la toma de tierra o una sobrecarga. Cuando el problema inmediato no es aparente, es posible que se descarta con un "tan solo un viejo disyuntor que necesita sustitución".

En lugar de ello, un técnico o ingeniero experto en temas de calidad se pregunta: “Quizás deberíamos echar una ojeada a los tipos de cargas en el sistema y supervisar los armónicos; ¿no deberíamos quizás supervisar si hay algún desequilibrio?”  

Conocer y reconocer los síntomas más habituales de la calidad eléctrica y cómo resolverlos es un primer paso para solucionar los problemas de calidad del suministro eléctrico.

¿Qué herramientas se necesitan para este trabajo?

Como con cualquier tarea de resolución de problemas, se necesita disponer de las herramientas adecuadas. Cuando se trata de resolver problemas relacionados con la calidad del suministro eléctrico, es posible que estas herramientas no sean las que usted imagina.

Primero, necesita disponer de un buen juego de planos actualizados.  Luego, usar un analizador para medir y registrar los parámetros específicos asociados con la calidad de la energía. Otras herramientas, tales como un registrador de datos, cámara termográfica, termómetro por infrarrojosy multímetros digitales de registrotambién pueden ayudarle a resolver este tipo de problemas.

Analizadores de la energía y de la calidad eléctrica 435 Serie II de Fluke
Analizador de la energía y de la calidad eléctrica 435 Serie II de Fluke en uso. Los analizadores de calidad eléctrica son uno de los tipos de herramientas necesarios para resolver los problemas de calidad eléctrica

¿Con qué tipo de problemas se va a topar?

Los problemas relacionados con la calidad energética más habituales se agrupan en dos grandes áreas: anomalías con la tensión y problemas de distorsión con los armónicos. Las anomalías con la tensión pueden causar problemas diversos, muchos de los cuales tienen fácil resolución. La clave está en detectar los síntomas.

Las bajadas o fluctuaciones de la tensión son responsables de hasta un 80 % de todos los problemas de calidad de la energía. Una bajada o una fluctuación de producen cuando la tensión del sistema cae en un 90 % o menos por debajo de la tensión nominal del sistema durante medio ciclo y hasta durante un minuto. Entre los síntomas habituales de bajadas se incluyen luces incandescentes atenuándose si la caída dura más de tres ciclos, bloqueos informáticos, cierres inesperados del equipo electrónico sensible, pérdida de datos (memoria) en los controles programables y problemas de control de los relés.

Para resolver problemas de posibles caídas, empiece supervisando en la carga donde se produjeron los síntomas de la bajada por primera vez. Compare la hora en la que falló el equipo con la hora en la que se produjo la bajada de tensión; si no hay ninguna correlación, lo más probable es que no se trate de un problema de una bajada de la tensión. Continúe resolviendo los problemas efectuando un seguimiento en dirección corriente arriba hacia donde se localice el origen del problema. Use los planos de la planta para ayudarle a determinar si el arranque de los motores grandes ha creado la bajada de tensión, o si estos son otros aumentos repentinos en los requisitos de la corriente de la planta.

Las fluctuaciones de la tensión o sus sobretensiones se producen solo con la mitad de frecuencia que las bajadas. No obstante, los aumentos de la tensión en el sistema durante cortos periodos de hasta un ciclo o más pueden causar problemas. Como con todos los problemas de calidad eléctrica, se debe hacer un seguimiento de los parámetros durante un periodo de tiempo, y luego observarlos e interpretarlos.

Entre los síntomas de las fluctuaciones se incluyen el fallo inmediato del equipo, generalmente la sección del suministro energético de los dispositivos electrónicos. No obstante, algunos fallos del equipo quizás no se den de manera inmediata, ya que las fluctuaciones de tensión pueden producirse durante un periodo de tiempo y romper los componentes antes de lo esperado. Si el análisis del equipo electrónico revela suministros de potencia defectuosos, controle las tendencias de la tensión en los alimentadores y ramales que alimentan el equipo. Donde sea posible, compare la relación de los fallos de equipos similares que operan en partes de los sistemas que se sabe que no sufren fluctuaciones.

Al analizar los resultados del estudio de calidad eléctrica, busque cualquier error repentino que se haya producido en la toma de tierra en una línea monofásica. Este tipo de errores provocan que la tensión de repente fluctúe en las dos fases que no presentan problemas. Las cargas en las plantas grandes de repente caen de la línea, y el cambio de condensadores para la corrección del factor de potencia también pueden causar las fluctuaciones de tensión.

Los transitorios de la tensión pueden causar síntomas que van desde bloqueos informáticos y equipo electrónico dañado a descargas y aislamiento dañado en el equipo de distribución.

Los transitorios, a veces referidos como picos, son aumentos sustanciales de la tensión, pero solo durante una cuestión de microsegundos. Los rayos y las conmutaciones mecánicas son causas habituales. El fallo del equipo durante una tormenta se atribuye correctamente a los transitorios y no al seguimiento que se efectúa de la calidad eléctrica.

Otras causas de los transitorios incluyen el cambio de condensadores o de bancos de condensadores, reconexión de los sistemas después de un error de la alimentación, cambio de las cargas de los motores, apagado o encendido de las cargas fluorescentes y lámparas de descarga de alta intensidad, cambio de transformadores, y detención repentina de algunos equipos. Para estas condiciones de los transitorios, supervise en la carga y establezca una relación de los problemas o los errores del funcionamiento del equipo con los eventos sucedidos en el sistema de distribución.

Arcos normales entre contactos interrumpiendo grandes cargas pueden ser una de las causas de transitorios. Utilice la línea de las instalaciones para hacer un control en la dirección de corriente hacia arriba del sistema de distribución hasta que encuentre el origen.

Las interrupciones de la tensión pueden durar desde dos a cinco segundos, o más. El síntoma es generalmente bastante sencillo: el equipo deja de funcionar. Interrupciones durante más de cinco segundos son generalmente conocidas como interrupciones sostenidas. La mayoría de circuitos de control de motores y sistemas de control de procesos no se han diseñado para reiniciarse, incluso después de una breve interrupción de la alimentación.

Si se produce una interrupción de la tensión cuando el equipo queda sin vigilancia, la causa de la desconexión del equipo podría no identificarse correctamente. Solo controlando el equipo y estableciendo una correlación de la hora en la que se han producido interrupciones de la alimentación en el equipo con la hora en la que se han producido problemas con este, le ayudarán a identificar interrupciones en la tensión.

Registrador trifásico de calidad eléctrica 1750 de Fluke
El registrador trifásico de calidad eléctrica 1750 de Fluke es una de las herramientas que puede usarse para ayudar a detectar desequilibrios en la tensión.>En realidad, las diferencias en la tensión entre fases varía a medida que las cargas van avanzando. No obstante, un motor o un transformador sobrecalentándose, o ruidos o vibraciones excesivos, pueden merecer que deba procederse con la política de resolución de problemas a causa de un desequilibrio de la tensión.

Los desequilibrios de la tensión son uno de los problemas más habituales en los sistemas trifásicos y pueden ocasionar daños graves en el equipo, y aún así esto es algo que se ignora a menudo. Por ejemplo, un desequilibrio de la tensión del 2,3 por cien en un motor de 230 V se traduce en un desequilibrio de la corriente de casi el 18 por cien, haciendo que la temperatura se eleve de los 30 °C.  Aunque puede usarse un multímetro digital (DMM) y hacerse algunos cálculos rápidos para efectuar lecturas del promedio de la tensión, un analizador de la calidad de la electricidad proporciona información más precisa sobre un desequilibrio de la tensión.

Los desequilibrios pueden producirse en cualquier momento en todo el sistema de distribución. Las cargas deben dividirse de manera equivalente en todas las fases de un tablero. En el caso de que una fuese demasiado pesada en comparación con las otras, la tensión será más baja en esa fase. Los transformadores y los motores trifásicos alimentados por ese panel pueden calentarse, ser más ruidosos de lo habitual, vibrar excesivamente e incluso sufrir fallos prematuros.

Una supervisión continuada durante un tiempo es la clave para captar el desequilibrio. En un sistema trifásico, la variación máxima de la tensión entre fases no debe ser de más del 2 por cien (el valor Vneg % del analizador), o pueden producirse daños significativos en el equipo.

Los armónicos son tensiones y corrientes cuya frecuencia, se dice que, es un múltiplo integro de la frecuencia fundamental. Por ejemplo, el tercer armónico es la tensión o la corriente que se produce a 180 hercios (Hz) en un sistema de 60 Hz (3 x 60 Hz = 180 Hz). Estas frecuencias no deseadas causan numerosos síntomas, entre los que se incluyen el sobrecalentamiento de los conductores neutros y de los transformadores que abastecen a estos circuitos. La torsión inversa crea pérdidas de calor y de la eficacia de los motores.

Captura de un analizador de calidad de la energía
Al identificarse y compararse cada uno de los armónicos con la frecuencia fundamental de 50 Hz en este caso, se pueden tomar decisiones con respecto a la gravedad de cada armónico que aparezca en el sistema. Por ejemplo, en esta captura de la calidad eléctrica, en la Fase A, la distorsión de los armónicos es del 1,7 %. De este total el 3º y 5º armónicos son el 1,2 % del total (el 0,4 % y el 0,85 % respectivamente)

Los síntomas más graves creados por los armónicos son normalmente el resultado de los armónicos distorsionando la onda senoidal fundamental de 60 Hz en las instalaciones. La distorsión de la onda senoidal ocasiona un mal funcionamiento del equipo electrónico, alarmas inesperadas, pérdidas de datos y lo que a menudo se notifica como problemas “misteriosos”.

Cuando se dan síntomas de los armónicos, intente resolver los problemas observando la distorsión total por armónicos (THD). El aumento significativo de la THD en función de las diferentes condiciones de la carga garantiza una comparación porcentual de cada nivel de corriente de los armónicos individual en comparación con el flujo de la corriente fundamental total en el sistema. Conocer los efectos creados por cada corriente de armónicos y compararlos con los síntomas identificados le ayudará con la solución de problemas. Debe, entonces, procederse a aislar y corregir el origen de los armónicos.

Resumen

Los problemas de tensión y la creación de corrientes de armónicos son dos áreas muy amplias en las que pueden suceder problemas de calidad eléctrica. Fluctuaciones, transitorios de tensión, interrupciones eléctricas y desequilibrios de tensión, todo puede ser monitorizado, analizado y comparado con historias sobre el funcionamiento del equipo a fin de determinar la causa y la gravedad del problema en el suministro eléctrico. Lo mismo puede hacerse con las diversas corrientes de armónicos en un sistema.