Disturbios Eléctricos

Podemos definir a los disturbios eléctricos como perturbaciones que se presentan en cualquier sistema eléctrico, los cuales no necesariamente reflejan la ausencia de tensión, sino que se manifiestan como variaciones en la forma de onda de la tensión y que afectan el funcionamiento de los diversos tipos de equipos conectados al sistema, o en otras palabras, cualquier perturbación en los sistemas de energía eléctrica, que se manifiesta en desviaciones de las condiciones adecuadas de tensión, corriente o frecuencia, lo cual puede resultar en una falla o una mala operación de equipos. Estos disturbios pueden ser deformaciones en la onda, los cuales se llegan a presentar en magnitud o en frecuencia. En el primer caso se pueden encontrar ya sea como sobrevoltajes o como caídas de tensión, que a su vez se dividen en corta y larga duración. En el caso de la frecuencia se presentan con valores distintos al fundamental (60 Hz), ya sean mayores o menores. 

Los disturbios eléctricos más comunes que se tienen en los sistemas eléctricos son los siguientes:  

Interrupciones.  

Alta tensión de corta duración (swells). 

Alta tensión constante.

Baja tensión de corta duración (sags).  

Baja tensión constante.  

Picos de alto voltaje.  

Ruido eléctrico.

Variaciones en la frecuencia. 

Distorsión armónica.

Dichas perturbaciones eléctricas contaminan la energía en forma preocupante, alterando en forma directa los equipos y sistemas críticos (informáticos, de procesos, control estratégico, etc.). Los equipos de hoy en día son más sensibles a las variaciones de la energía eléctrica que los utilizados en años anteriores. Muchas cargas contienen control basado en microprocesadores e instrumentos electrónicos que son sensibles a los disturbios eléctricos. La tarea constante de disminuir costos en el uso de la energía eléctrica y aumentar la eficiencia en la conversión de ésta ha llevado a la implementación de equipos de alta eficiencia como son: variadores de velocidad en motores, bancos de capacitores para la corrección del factor de potencia y el uso extensivo de equipos de cómputo para optimizar tareas y procesos. Como resultado adverso al ahorro de energía eléctrica, se tienen incrementos significativos en los niveles de armónicas en las redes eléctricas. 

Dado que el problema no sólo afecta a usuarios sino también a las compañías suministradoras, éstas se preparan para medir los niveles de armónicas producidas por los usuarios. Así, de acuerdo a los cambios que inminentemente se harán a la reglamentación vigente, se penalizará a los usuarios que excedan los límites que se establezcan para la calidad de la energía eléctrica. Actualmente los consumidores de energía eléctrica se informan más acerca de los problemas asociados con la calidad de la energía como: interrupciones, variaciones de tensión (sags y swells, es decir, depresión y dilatación de voltaje) y transitorios por "switcheo” (conexión y desconexión de cargas). En consecuencia, los usuarios demandan a las compañías suministradoras el mejorar la calidad de la energía eléctrica que reciben. Si las compañías suministradoras fueran incapaces de controlar los niveles crecientes de distorsión en sus redes, creadas principalmente por efectos acumulativos de la gran cantidad de pequeñas cargas con corriente nominal menor ó igual a 16 A por fase, sería inevitable el deterioro de la calidad de tensión provista a todos los usuarios (consumidores). Es claro que sin acciones correctivas, las compañías suministradoras y usuarios experimentarán un número creciente de fallas en sus sistemas y equipos, con los problemas subsecuentes, como pérdida de producción y competitividad.

 Las compañías suministradoras enfrentan grandes retos en el abastecimiento de energía eléctrica de manera eficiente y con alta calidad, pues deben buscar mantener el equilibrio entre las necesidades de los usuarios y mantener un nivel adecuado de compatibilidad electromagnética que permita un funcionamiento apropiado de los equipos y sistemas. La continuidad de la energía depende en muchos aspectos del diseño y operación del sistema. Algunos de los factores que afectan la continuidad de la energía son: protección contra sobretensión, interrupción, recierre por falla, diseño de la línea de transmisión, y diseño y operación del sistema. Si un sistema de transmisión o distribución es diseñado apropiadamente para resistir relámpagos y otras sobretensiones, la continuidad de la energía y la confiabilidad del sistema se incrementan. Del mismo modo, con una apropiada protección contra fallas y una rápida coordinación de relevadores, el sistema es más confiable. 

 Los capacitores, al ser dispositivos lineales no generan armónicas, pero si ocasionan un incremento en los niveles de distorsión al provocar resonancias en serie y en paralelo. 

Algunos equipos con componentes no lineales, tales como: (convertidores con tiristores o transistores de potencia, dispositivos de arco eléctrico y otros) causan perturbaciones denominadas genéricamente EMI (Electromagnetic Interferentes – Interferencias Electromagnéticas). Dichas perturbaciones ocasionan una pérdida de rendimiento en la mayor parte de cargas convencionales y sobrecargan innecesariamente las líneas de transmisión. No obstante, el mayor problema no siempre es la pérdida de rendimiento, sino el deterioro que producen en la calidad de la onda de tensión, superponiendo perturbaciones, algunas de carácter periódico y otras de carácter transitorio; las cuales ponen en peligro el buen funcionamiento de una serie de equipos electrónicos, informáticos y de comunicaciones. 

De igual forma es importante mencionar que el número de disturbios eléctricos presentes en la actualidad se ha incrementado considerablemente ya que la demanda ha crecido más rápido que la generación de energía eléctrica. Afectaciones de los disturbios. En la actualidad sabemos que los disturbios no sólo afectan el funcionamiento de los equipos que se conectan a la red de suministro y a los que forman parte de la misma red, sino que además disminuyen el tiempo de vida útil de los elementos que los componen. Algunas de las afectaciones son: Sobrecalentamiento de cables, conductores y transformadores. Incremento de las pérdidas reactivas de los transformadores. Errores en la medición. Operación incorrecta de sistemas de protección. Daño en elementos primarios de la red. Daño bancos de capacitores de corrección de FP. Incrementos en la ocurrencia de cortes en el suministro. Variaciones de tensión. Pérdidas económicas causadas por la detención de procesos completos. Daños en equipos sensibles. Pérdida de información en equipos de informática. Operación deficiente de sistemas de señalización. Acortamiento de la vida útil de los equipos, entre otros. Los disturbios pueden afectar a los sistemas eléctricos dependiendo de su magnitud y duración, es así como se pueden manifestar en menor o mayor grado sobre los equipos, algunos de los efectos producidos por los disturbios son:

Ruido e impulsos eléctricos: Estos pueden ocasionar un funcionamiento errático en cualquier tipo de computadora, se puede inhibir o desprogramar, errores de paridad, teclados bloqueados o información perdida, corrupción de datos, provlemas de comuicación, etc. Si la magnitud del disturbio es muy elevada, el daño puede ser físico e irreversible.  

Sobre voltajes y bajo voltajes: Los bajos voltajes del orden del 90% del valor nominal y por un tiempo aproximado de tres ciclos o más serán detectados por los drives como una condición de falla, por lo que operarán interrumpiendo el suministro de energía. Los bajos voltajes al momento del arranque de grandes motores, pueden ocasionar que los contactores de los mismos se abran debido al incremento en la corriente que circula por ellos, o en el caso de que éstos no abran se puede dañar el aislamiento de las bobinas. De la misma forma ésto es capaz de producir un sobrecalentamiento de losalimentadores, dañando el aislamiento de los mismos lo que podría provocar un incendio. Por otra parte los sobrevoltajes con duración muy larga, pueden dañar el aislamiento de la electrónica de los equipos.  

Distorsión armónica: Este tipo de disturbio puede ocasionar funcionamiento errático de algunos variadores, calentamiento de cables, transformadores y disparos anticipados de interruptores, así como pérdidas innecesarias en el equipo del consumidor, y en determinadas circunstancias, produce zumbidos e interferencia en líneas telefónicas vecinas.