powerlogic - Ingeniería de Sistemas y Automática

Soluciones
POWERLOGIC
Volumen 1, Artículo 5
Solución a los “huecos” (subtensión momentánea) e
Interrupciones de Tensión
En este artículo aparecen soluciones a las
fluctuaciones de tensión provocadas por los “sags” y
las interrupciones.
producción provocadas por “huecos”
e interrupciones.
La planta consultó a la compañía
suministradora de energía, que acordó
ayudar a determinar las causas de las
numerosas desconexiones y recomendar
soluciones. Grupo Schneider, en asociación
con la compañía eléctrica, colocó en Julio un
Circuit Monitor en la acometida de servicio
de la planta, para medir las fluctuaciones de
El Problema
Una planta de extrusión en Virginia
estaba siendo afectada por inesperadas
fluctuaciones de tensión, denominadas
“sags” e interrupciones.
Las luces parpadeaban y
los
variadores
de
velocidad fallaban, y el
poliéster fundido empezó
a engancharse en las
cintas y en los rodillos.
Cuatro horas más tarde
los
trabajadores
consiguieron devolver la
línea de producción a la
normalidad y, antes de
que se completara el
proceso, se repitió el
problema a causa de
una tormenta. Durante
los 6 primeros meses de Figura 1. Forma de onda de alta velocidad, capturada durante un “sag” de tensión.
1994, la planta sufrió 35
pérdidas
en
la
tensión que causaban los problemas. Uno
de los primeros eventos que fue grabado
(Figura 1) mostraba un defecto en la calidad
de potencia.
Términos y conceptos clave
Un “sag” de tensión es una breve
disminución de la tensión efectiva con una
duración menor a un minuto. Generalmente
son motivados por fallos en la instalación de
la compañía, causados por rayos, arboles o
animales en contacto con las líneas (ver
Figura 2), o fallos de los equipos. También
tienen lugar cuando se arranca un gran
Figura 2. Contacto entre un árbol y una línea de
alimentación (causa común de defecto que provoca un
“sag” de tensión).
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motor o se produce un fallo en el interior de
una planta. Los “sags”
se diferencian de las
interrupciones en que
observamos algo de
tensión, mientras que
éstas ultimas suponen
una perdida total de
tensión (ver Figura 3).
Sin embargo, ambos
sucesos tienen una
duración
parecida
(generalmente menos
de un segundo) y
resulta
difícil
distinguirlos sin la
ayuda de un equipo
de análisis de alta
velocidad; sobretodo
en “sags” de tensión
profundos,
que
producen el mismo
efecto en la planta
que
las
interrupciones.
Las
interrupciones y los
“sags” de tensión
debidos a fallos de la
compañía, varían en
duración y magnitud
dependiendo de su
situación
en
la
instalación
y
del
numero de fases a las
que afectan.
Las interrupciones requerirán S.A.I. o caras
¿Por qué es Figura 3. “sag” de tensión causado por un fallo de la compañía (arriba) e interrupción
importante distinguir provocada por el disparo de un interruptor (abajo). Los Circuit Monitor pueden capturar
los “sags” de las formas de onda de hasta 60 ciclos en cada fase.
interrupciones?
modificaciones de la red de distribución de la
Las soluciones de los “sags” de
compañía.
tensión en la parte del cliente son
Los “sags” de tensión pueden provocar
generalmente más baratas que las
el
fallo
de procesos sensibles y ello puede
soluciones a las interrupciones. A menudo
resultar
extremadamente caro. Este tipo de
los fallos a causa de “sags” pueden
fluctuación afecta a: procesos de extrusión,
reducirse en numero, con un equipo mucho
fabricación de piezas de silicona, tratamiento
más barato que un S.A.I. (Sistema de
de datos y procesos químicos y de
Alimentación Ininterrumpido), formado por
fabricación de papel. Algunos “sags” afectan
transformadores de tensión constante,
sólo a una o a dos fases del circuito trifásico
sintetizadores magnéticos y controladores.
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por
ejemplo,
factor
de
potencia,
desequilibrios de tensión y otros parámetros.
Los puntos del suceso de alta
velocidad son escogidos por el usuario y es
éste el que selecciona los niveles de tensión
o intensidad a los que empieza (valor
“pickup”) y acaba (valor “dropout”) la captura.
Éstos pueden ser valores absolutos o
valores relativos. En las figuras 5 y 6 se
Medición de “sags” de Tensión e
indican cuales son las pantallas de
Interrupciones
configuración
del
System
Manager
Software
para
seleccionar
valores
absolutos o relativos
respectivamente.
Los
valores
absolutos se utilizan
cuando
el
usuario
desea
definir
los
puntos exactos en los
que el suceso se
registra. Los relativos,
en cambio, se utilizan
en casos en que se
Figura 4. “sag” de tensión que afecta principalmente a una fase de un circuito de
quieren
permitir
trifásico.
fluctuaciones
duraderas de un valor
sin registrarlas a menos que éste varíe en un
La alta velocidad del CM-2350 y de los
porcentaje especificado. Esto evita que sean
Circuit Monitor superiores permite capturar
capturados falsos eventos por umbrales
eventos como el “sag” de la planta de
muy cercanos a los valores medidos.
extrusión. Estos equipos permiten registrar
Por ejemplo; un 5% como valor
automáticamente un suceso relacionado
“pickup” provoca un registro de suceso “sag”
con el nivel efectivo de cualquiera de las
si la tensión efectiva varía en un 5%
tensiones o intensidades de entrada
respecto a la media de tensión de los últimos
analizadas. Cuando se exceden los niveles
30 segundos. Para más flexibilidad, el
preprogramados, el Circuit Monitor captura
intervalo de tiempo para calcular la media
simultáneamente una foto de las tensiones e
puede reducirse hasta 5 segundos, para
intensidades instantáneas en siete canales.
hacer el registro de sucesos menos sensible
Los dibujos de captura constan de 64 puntos
a las variaciones de tensión.
por ciclo para cada canal, y hasta 60 ciclos
por suceso.
¿Como determina el Circuit Monitor
La foto de onda del suceso incluye de
que
ha
tenido lugar un “sag” ?
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a 10 ciclos anteriores al suceso
Cada
medio ciclo (0,008 segundos),
dependiendo de las preferencias del usuario.
el Circuit Monitor compara el valor medido en
Además, se puede definir una lista en la que
el ciclo anterior con el valor “pickup”
puede registrarse toda la información
especificado en la pantalla de configuración.
relacionada con el suceso. Es posible
Si el valor medido cae por debajo del
registrar listas con información acerca de,
“pickup” tiene lugar una captura de alta
(Figura 4). Por tanto, dependiendo de si las
cargas son monofásicas o trifásicas, de las
conexiones del transformador entre la carga
y la situación del fallo, sólo fallará una parte
de la planta durante esta fluctuación. Las
interrupciones siempre afectan a todas las
fases simultáneamente.
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Soluciones
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velocidad. El Circuit Monitor registra el tipo
de suceso, la hora a la que se superan los
valores de “pickup” y “dropout”,
y la magnitud del valor mínimo
durante el suceso. La hora de
“pickup” y la hora de “dropout”
tienen una precisión de un
milisegundo.
Precaución:
Es
necesaria
alimentación
auxiliar
Para que el Circuit
Monitor sea capaz de operar
durante una perturbación de
potencia de la instalación, es
necesaria una fuente de
energía
controlada.
Los
controladores
de
corriente
continua son más aconsejables,
y si no disponemos de una
fuente de energía controlada
podemos utilizar un S.A.I. de
bajo coste. Un Circuit Monitor
supone una carga de 14 VA y
capturar.
Si
queremos
analizar
un
interruptor, debemos conectar el equipo de
Figura 6. Pantalla de configuración del System Manager Software en caso
de umbrales relativos. Aquí la captura tendrá lugar cuando la tensión caiga
un 5% del valor nominal.
Figura 5. Pantalla de configuración del System Manager Software
en caso de umbrales absolutos. En este ejemplo, la captura de forma
de onda tendrá lugar cuando la tensión fase-neutro caiga por debajo
de 250 V.
debe conectarse de forma que no se pierda
inesperadamente la potencia a controlar a
causa de la perturbación que queremos
control aguas arriba de este
mecanismo, de manera que, si
abre, no se interrumpa el
suministro del equipo.
Comparado con otros
dispositivos electrónicos, el
Circuit Monitor es bastante
resistente a las pérdidas
momentáneas de tensión, ya
que soporta una interrupción de
hasta una décima de segundo
mientras que los primeros no
soportan más de una quincena
de segundo. Además, la
tensión de alimentación puede
variar de 100 a 264 V de
corriente alterna, permitiendo
una amplia variación sin
pérdida del control de potencia.
La Solución
4
Soluciones
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El análisis de la planta de extrusión
permitió identificar algunas áreas que debían
ser mejoradas por la compañía. Al observar
el suceso dibujado en la figura 1, el técnico
de la planta dedujo que el proceso era
excesivamente sensible a los “sags”.
Inicialmente la planta fue diseñada con el
equipo necesario para disminuir los efectos
de los “sags” de tensión. Los controladores y
los equipos electrónicos de los variadores de
continua son alimentados por un conjunto
motor-generador. Otros microprocesadores
que controlan los procesos de extrusión se
alimentan de sistemas S.A.I.
La planta utilizó la información
proporcionada por la captura de forma de
onda para mejorar los puntos débiles de la
instalación: los variadores de refrigeración
de los rodillos. En base a la captura
mostrada en la figura 1, los técnicos
decidieron cambiar la configuración de los
controles de los variadores de velocidad de
alterna. Cada variador esta equipado con un
“tablero de fallos”, un circuito sensor que
detecta anomalías en la tensión y
desconecta el dispositivo para proteger sus
costosos componentes electrónicos. Su
ajuste, redujo la sensibilidad de la línea de
producción frente a los “sags” sin dejar de
proteger sus componentes. Con este
cambio, estos variadores funcionaron
lentamente durante los “sags” pero no se
desconectaron. Esta mejora disminuyó la
sensibilidad de la línea de extrusión frente a
los “sags”.
Las soluciones a los “sags” de tensión
son generalmente menos costosas que las
soluciones a las interrupciones. En ambos
casos, tanto la instalación de la compañía
como la del cliente, pueden ser susceptibles
de mejora. A menudo la mejor solución para
los fallos provocados por los “sags” es una
aproximación dual:
•Reducir el numero de fallos de la
compañía.
•Disminuir la sensibilidad de los
equipos de los clientes.
Esto supone una asociación entre la
compañía y el cliente, basada en una
comunicación abierta y una voluntad para
compartir ideas e información.
En la instalación de la compañía, las
soluciones a los “sags” pasan por revisar las
fuentes más comunes de fallos. Una de ellas
es el contacto accidental entre un árbol y
una línea aérea (recordemos que éstas no
están aisladas como, por ejemplo, el
cableado de una vivienda). El contacto con
un árbol permite el paso de corriente desde
el cable hasta el suelo a través de éste,
sobretodo en días húmedos o con viento.
Los altos niveles de intensidad que tienen
lugar durante un “sag”, afectan a toda la red
hasta que las protecciones interrumpen su
paso. Las compañías intentan evitar que los
arboles entren en contacto con las líneas
cortando las ramas que crecen cerca de
ellas, pero el crecimiento anormal, o los
recortes en los presupuestos de poda de
arboles que aumentan el periodo entre
podas, favorecen estos accidentes.
Las soluciones de los “sags” de
tensión para los clientes pueden ser, como
descubrió la planta de Virginia, tan simples
como ajustar la configuración de algunos
dispositivos. Este cambio no elimina los
fallos, pero reduce su número en una
cantidad considerable. El siguiente paso
será instalar transformadores de tensión
constante (CVTs) en los circuitos de control
sensibles. Estos utilizan las características
de saturación de los transformadores para
estabilizar la tensión de salida frente a los
cambios bruscos de la tensión de entrada.
Los CVT son muy caros y además no
soportan consumos de potencia elevados
aunque, generalmente, los circuitos de
control representan un consumo inferior a
1KVA.
Conclusión
Los “sags” de tensión (subtensión
momentánea)
y las interrupciones son
perturbaciones de calidad de potencia
costosas. Estos sucesos son provocados por
defectos en la instalación de la compañía, o
algunas veces por el funcionamiento normal
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Soluciones
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100 y 264 V sin afectar a su
operación.
en la instalación del cliente. Ambas
perturbaciones duran menos de un segundo.
Durante un “sag” la tensión no se anula,
mientras que en una interrupción hay una
caída total de tensión. Resulta importante
distinguirlos ya que las soluciones difieren
ampliamente en coste y complejidad. La
información proporcionada por la captura de
la forma de onda, resulta crucial a la hora de
determinar que suceso provoca los fallos,
identificar las causas y analizar las posibles
soluciones. Los Circuit Monitor de Groupe
Schneider con su captura de onda de alta
velocidad pueden asegurarle que los “sags”
y las interrupciones no arruinaran su
negocio.
Compruebe su Coeficiente de Potencia
Las siguientes cuestiones le ayudarán
a comprobar su comprensión de la
información de los cuatro primeros artículos.
Las cuatro primeras cuestiones se refieren a
los artículos 1, 2 y 3.
Responder
verdadero
o
falso
(soluciones al final de la página):
1. Una carga del 80% de tasa de
distorsión de armónicos (thd) en
corriente puede producir menos de
un 5% en tasa de distorsión de
tensión.
2. Los variadores de corriente alterna
pueden representar menos del 20%
de
la
capacidad
de
un
transformador sin exceder un 5% de
thd de tensión.
3. El parpadeo de las luces es
provocado
únicamente
por
fluctuaciones de más del 5%.
4. La resonancia de armónicos es un
problema potencial a considerar
antes de instalar baterías de
condensadores.
5. El coste de la soluciones a los
“sags” es parecido al de las
interrupciones.
6. La tensión de alimentación en los
Circuit Monitor puede variar entre
6