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Volumen 1, Artculo 5Solucin a los sags (subtensin momentnea) e

Interrupciones de Tensin

En este artculo aparecen soluciones a lasfluctuaciones de tensin provocadas por los sags ylas interrupciones.

El Problema

Una planta de extrusin en Virginiaestaba siendo afectada por inesperadasfluctuaciones de tensin, denominadassags e interrupciones.Las luces parpadeaban ylos variadores develocidad fallaban, y elpolister fundido empeza engancharse en lascintas y en los rodillos.Cuatro horas ms tardelos trabajadoresconsiguieron devolver lalnea de produccin a lanormalidad y, antes deque se completara elproceso, se repiti elproblema a causa deuna tormenta. Durantelos 6 primeros meses de1994, la planta sufri 35prdidas en la

produccin provocadas por sags einterrupciones.

La planta consult a la compaasuministradora de energa, que acordayudar a determinar las causas de lasnumerosas desconexiones y recomendarsoluciones. Grupo Schneider, en asociacincon la compaa elctrica, coloc en Julio unCircuit Monitor en la acometida de serviciode la planta, para medir las fluctuaciones de

tensin que causaban los problemas. Unode los primeros eventos que fue grabado(Figura 1) mostraba un defecto en la calidadde potencia.

Trminos y conceptos clave

Un sag de tensin es una brevedisminucin de la tensin efectiva con unaduracin menor a un minuto. Generalmenteson motivados por fallos en la instalacin dela compaa, causados por rayos, arboles oanimales en contacto con las lneas (verFigura 2), o fallos de los equipos. Tambintienen lugar cuando se arranca un gran

Figura 1. Forma de onda de alta velocidad, capturada durante un sag de tensin.

Figura 2. Contacto entre un rbol y una lnea dealimentacin (causa comn de defecto que provoca unsag de tensin).

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motor o se produce un fallo en el interior deuna planta. Los sagsse diferencian de lasinterrupciones en queobservamos algo detensin, mientras questas ultimas suponenuna perdida total detensin (ver Figura 3).Sin embargo, ambossucesos tienen unaduracin parecida(generalmente menosde un segundo) yresulta difcildistinguirlos sin laayuda de un equipode anlisis de altavelocidad; sobretodoen sags de tensinprofundos, queproducen el mismoefecto en la plantaque lasinterrupciones. Lasinterrupciones y lossags de tensindebidos a fallos de lacompaa, varan enduracin y magnituddependiendo de susituacin en lainstalacin y delnumero de fases a lasque afectan.

Por qu esimportante distinguirlos sags de lasinterrupciones?

Las soluciones de los sags detensin en la parte del cliente songeneralmente ms baratas que lassoluciones a las interrupciones. A menudolos fallos a causa de sags puedenreducirse en numero, con un equipo muchoms barato que un S.A.I. (Sistema deAlimentacin Ininterrumpido), formado portransformadores de tensin constante,sintetizadores magnticos y controladores.

Las interrupciones requerirn S.A.I. o caras

modificaciones de la red de distribucin de lacompaa.

Los sags de tensin pueden provocarel fallo de procesos sensibles y ello puederesultar extremadamente caro. Este tipo defluctuacin afecta a: procesos de extrusin,fabricacin de piezas de silicona, tratamientode datos y procesos qumicos y defabricacin de papel. Algunos sags afectanslo a una o a dos fases del circuito trifsico

Figura 3. sag de tensin causado por un fallo de la compaa (arriba) e interrupcinprovocada por el disparo de un interruptor (abajo). Los Circuit Monitor pueden capturarformas de onda de hasta 60 ciclos en cada fase.

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(Figura 4). Por tanto, dependiendo de si lascargas son monofsicas o trifsicas, de lasconexiones del transformador entre la cargay la situacin del fallo, slo fallar una partede la planta durante esta fluctuacin. Lasinterrupciones siempre afectan a todas lasfases simultneamente.

Medicin de sags de Tensin eInterrupciones

La alta velocidad del CM-2350 y de losCircuit Monitor superiores permite capturareventos como el sag de la planta deextrusin. Estos equipos permiten registrarautomticamente un suceso relacionadocon el nivel efectivo de cualquiera de lastensiones o intensidades de entradaanalizadas. Cuando se exceden los nivelespreprogramados, el Circuit Monitor capturasimultneamente una foto de las tensiones eintensidades instantneas en siete canales.Los dibujos de captura constan de 64 puntospor ciclo para cada canal, y hasta 60 ciclospor suceso.

La foto de onda del suceso incluye de2 a 10 ciclos anteriores al sucesodependiendo de las preferencias del usuario.Adems, se puede definir una lista en la quepuede registrarse toda la informacinrelacionada con el suceso. Es posibleregistrar listas con informacin acerca de,

por ejemplo, factor de potencia,desequilibrios de tensin y otros parmetros.

Los puntos del suceso de altavelocidad son escogidos por el usuario y esste el que selecciona los niveles de tensino intensidad a los que empieza (valorpickup) y acaba (valor dropout) la captura.stos pueden ser valores absolutos ovalores relativos. En las figuras 5 y 6 seindican cuales son las pantallas de

configuracin delSystem ManagerSoftware paraseleccionar valoresabsolutos o relativosrespectivamente.

Los valoresabsolutos se utilizancuando el usuariodesea definir lospuntos exactos en losque el suceso seregistra. Los relativos,en cambio, se utilizanen casos en que sequieren permitirfluctuacionesduraderas de un valor

sin registrarlas a menos que ste vare en unporcentaje especificado. Esto evita que seancapturados falsos eventos por umbralesmuy cercanos a los valores medidos.

Por ejemplo; un 5% como valorpickup provoca un registro de suceso sagsi la tensin efectiva vara en un 5%respecto a la media de tensin de los ltimos30 segundos. Para ms flexibilidad, elintervalo de tiempo para calcular la mediapuede reducirse hasta 5 segundos, parahacer el registro de sucesos menos sensiblea las variaciones de tensin.

Como determina el Circuit Monitorque ha tenido lugar un sag ?

Cada medio ciclo (0,008 segundos),el Circuit Monitor compara el valor medido enel ciclo anterior con el valor pickupespecificado en la pantalla de configuracin.Si el valor medido cae por debajo delpickup tiene lugar una captura de alta

Figura 4. sag de tensin que afecta principalmente a una fase de un circuito detrifsico.

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velocidad. El Circuit Monitor registra el tipode suceso, la hora a la que se superan losvalores de pickup y dropout,y la magnitud del valor mnimodurante el suceso. La hora depickup y la hora de dropouttienen una precisin de unmilisegundo.

Precaucin: Esnecesaria alimentacinauxiliar

Para que el CircuitMonitor sea capaz de operardurante una perturbacin depotencia de la instalacin, esnecesaria una fuente deenerga controlada. Loscontroladores de corrientecontinua son ms aconsejables,y si no disponemos de unafuente de energa controladapodemos utilizar un S.A.I. debajo coste. Un Circuit Monitorsupone una carga de 14 VA y

debe conectarse de forma que no se pierdainesperadamente la potencia a controlar acausa de la perturbacin que queremos

capturar. Si queremos analizar uninterruptor, debemos conectar el equipo de

control aguas arriba de estemecanismo, de manera que, siabre, no se interrumpa elsuministro del equipo.

Comparado con otrosdispositivos electrnicos, elCircuit Monitor es bastanteresistente a las prdidasmomentneas de tensin, yaque soporta una interrupcin dehasta una dcima de segundomientras que los primeros nosoportan ms de una quincenade segundo. Adems, latensin de alimentacin puedevariar de 100 a 264 V decorriente alterna, permitiendouna amplia variacin sinprdida del control de potencia.

La Solucin

Figura 5. Pantalla de configuracin del System Manager Softwareen caso de umbrales absolutos. En este ejemplo, la captura de formade onda tendr lugar cuando la tensin fase-neutro caiga por debajode 250 V.

Figura 6. Pantalla de configuracin del System Manager Software en casode umbrales relativos. Aqu la captura tendr lugar cuando la tensin caigaun 5% del valor nominal.

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El anlisis de la planta de extrusinpermiti identificar algunas reas que debanser mejoradas por la compaa. Al observarel suceso dibujado en la figura 1, el tcnicode la planta dedujo que el proceso eraexcesivamente sensible a los sags.Inicialmente la planta fue diseada con elequipo necesario para disminuir los efectosde los sags de tensin. Los controladores ylos equipos electrnicos de los variadores decontinua son alimentados por un conjuntomotor-generador. Otros microprocesadoresque controlan los procesos de extrusin sealimentan de sistemas S.A.I.

La planta utiliz la informacinproporcionada por la captura de forma deonda para mejorar los puntos dbiles de lainstalacin: los variadores de refrigeracinde los rodillos. En base a la capturamostrada en la figura 1, los tcnicosdecidieron cambiar la configuracin de loscontroles de los variadores de velocidad dealterna. Cada variador esta equipado con untablero de fallos, un circuito sensor quedetecta anomalas en la tensin ydesconecta el dispositivo para proteger suscostosos componentes electrnicos. Suajuste, redujo la sensibilidad de la lnea deproduccin frente a los sags sin dejar deproteger sus componentes. Con estecambio, estos variadores funcionaronlentamente durante los sags pero no sedesconectaron. Esta mejora disminuy lasensibilidad de la lnea de extrusin frente alos sags.

Las soluciones a los sags de tensinson generalmente menos costosas que lassoluciones a las interrupciones. En amboscasos, tanto la instalacin de la compaacomo la del cliente, pueden ser susceptiblesde mejora. A menudo la mejor solucin paralos fallos provocados por los sags es unaaproximacin dual:

Reducir el numero de fallos de lacompaa.

Disminuir la sensibilidad de losequipos de los clientes.

Esto supone una asociacin entre lacompaa y el cliente, basada en una

comunicacin abierta y una voluntad paracompartir ideas e informacin.

En la instalacin de la compaa, lassoluciones a los sags pasan por revisar lasfuentes ms comunes de fallos. Una de ellases el contacto accidental entre un rbol yuna lnea area (recordemos que stas noestn aisladas como, por ejemplo, elcableado de una vivienda). El contacto conun rbol permite el paso de corriente desdeel cable hasta el suelo a travs de ste,sobretodo en das hmedos o con viento.Los altos niveles de intensidad que tienenlugar durante un sag, afectan a toda la redhasta que las protecciones interrumpen supaso. Las compaas intentan evitar que losarboles entren en contacto con las lneascortando las ramas que crecen cerca deellas, pero el crecimiento anormal, o losrecortes en los presupuestos de poda dearboles que aumentan el periodo entrepodas, favorecen estos accidentes.

Las soluciones de los sags detensin para los clientes pueden ser, comodescubri la planta de Virginia, tan simplescomo ajustar la configuracin de algunosdispositivos. Este cambio no elimina losfallos, pero reduce su nmero en unacantidad considerable. El siguiente pasoser instalar transformadores de tensinconstante (CVTs) en los circuitos de controlsensibles. Estos utilizan las caractersticasde saturacin de los transformadores paraestabilizar la tensin de salida frente a loscambios bruscos de la tensin de entrada.Los CVT son muy caros y adems nosoportan consumos de potencia elevadosaunque, generalmente, los circuitos decontrol representan un consumo inferior a1KVA.

Conclusin

Los sags de tensin (subtensinmomentnea) y las interrupciones sonperturbaciones de calidad de potenciacostosas. Estos sucesos son provocados pordefectos en la instalacin de la compaa, oalgunas veces por el funcionamiento normal

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en la instalacin del cliente. Ambasperturbaciones duran menos de un segundo.Durante un sag la tensin no se anula,mientras que en una interrupcin hay unacada total de tensin. Resulta importantedistinguirlos ya que las soluciones difierenampliamente en coste y complejidad. Lainformacin proporcionada por la captura dela forma de onda, resulta crucial a la hora dedeterminar que suceso provoca los fallos,identificar las causas y analizar las posiblessoluciones. Los Circuit Monitor de GroupeSchneider con su captura de onda de altavelocidad pueden asegurarle que los sagsy las interrupciones no arruinaran sunegocio.

Compruebe su Coeficiente de Potencia

Las siguientes cuestiones le ayudarna comprobar su comprensin de lainformacin de los cuatro primeros artculos.Las cuatro primeras cuestiones se refieren alos artculos 1, 2 y 3.

Responder verdadero o falso(soluciones al final de la pgina):

1. Una carga del 80% de tasa dedistorsin de armnicos (thd) encorriente puede producir menos deun 5% en tasa de distorsin detensin.

2. Los variadores de corriente alternapueden representar menos del 20%de la capacidad de untransformador sin exceder un 5% dethd de tensin.

3. El parpadeo de las luces esprovocado nicamente porfluctuaciones de ms del 5%.

4. La resonancia de armnicos es unproblema potencial a considerarantes de instalar bateras decondensadores.

5. El coste de la soluciones a lossags es parecido al de lasinterrupciones.

6. La tensin de alimentacin en losCircuit Monitor puede variar entre

100 y 264 V sin afectar a suoperacin.