Desequilibrio de voltaje en los sistemas trifásicos (1ª PARTE)

Causas del desequilibrio de voltaje fase

Los transformadores de distribución pueden ser conectados de fase a neutro para abastecer cargas monofásicas. Las variaciones en las cargas monofásicas. Las variaciones en las cargas monofásicas causan que las corrientes en los conductores trifásicos sean diferentes, produciendo diferentes caídas de voltaje diferentes y causan que los voltajes de fase lleguen a estar desequilibrados. Normalmente el máximo desequilibrio de voltaje fase ocurrirá al final del sistema de distribución primaria, pero la cantidad actual dependería de cómo las cargas monofásicas están equilibradas entre las fases del sistema.

El equilibrio perfecto no puede nunca mantenerse ya que las cargas están cambiando continuamente, causando un desequilibrio de voltaje de fase variando continuamente. Los fusibles estropeados en bancos de condensadores trifásicos también desequilibrarán la carga y causarán un desequilibrio del voltaje de fase.

En las plantas industriales está extendido el uso de voltajes de alimentación que pueden ser por ejemplo 480Y/277 V para suministrar a cargas de fase a neutro. Es necesario el apropiado equilibrio de cargas monofásicas entre las tres fases en ambos circuitos de derivación y alimentadores para mantener el desequilibrio de carga y el desequilibrio de fase correspondiente dentro de unos límites razonables.

Medición del desequilibrio de fase-voltaje

El método más simple para expresar el desequilibrio de fase es medir los voltajes en cada una de las tres fases:

La cantidad de desequilibrio de voltaje se expresa mejor en componentes simétricos como componente de secuencia negativa del voltaje.

Efecto de desequilibrio de voltaje de fase

Cuando se aplican voltajes desequilibrados a los motores trifásicos, el desequilibrio de fases causa corrientes de secuencia negativa para circular en el motor, incrementando las pérdidas térmicas primariamente en el rotor. La condición más severa ocurre cuando una fase se abre y el motor funciona con una sola fase.  El motor verá reducida su potencia como una función del porcentaje de desequilibrio de fase. Un desequilibrio del 5 % originará una reducción de potencia del 25 %

Aunque habrá generalmente un incremento en la corriente de carga del motor cuando el voltaje de fase está desequilibrado, el incremento es insuficiente para indicar la elevación de temperatura actual que ocurre debido a que los dispositivos de carga magnética o térmica sólo proporcionan una característica de disparo que se correlaciona con el daño térmico del motor debido a la corriente de sobrecarga (secuencia positiva) y corriente de secuencia no negativa.

Todos los motores son sensibles al desequilibrio de voltaje-fase, pero los compresores herméticos usados en los acondicionadores de aire son más susceptibles a esta condición. Estos motores operan con altas densidades de corriente en los devanados debido al efecto de enfriamiento añadido del refrigerante. Así el mismo incremento porcentual en la pérdida de calor debido a las corrientes circulantes, causados por el desequilibrio de fase, tendrán un mayor efecto en el motor de compresor hermético de lo que tendrá en un motor refrigerado por aire estándar.

Ya que los devanados en los motores de compresor hermético son inaccesibles, normalmente estarán protegidos por interruptores embebidos en los devanados, ajustados para operar y desconectar el motor cuando la temperatura del devanado excede el valor ajustado. El motor no puede rearrancarse hasta que el devanado se ha enfriado al punto en el que el interruptor térmico se volverá a cerrar.

Cuando un motor se dispara, el primer paso en determinar la causa es controlar la corriente de funcionamiento después de que ha rearrancado para estar seguro que el motor no está sobrecargado. El primer paso es medir los voltajes trifásicos para determinar la cantidad de desequilibrio de fase. Donde el desequilibrio del voltaje de fase excede el 2 %, el motor es probable que llegue a sobrecalentarse si está operando cerca de la carga nominal.

Algunos equipos electrónicos, tales como las computadoras, pueden ser afectados por desequilibrios de más de 2 ó 2 ½ %. El fabricante de equipo puede suministrar la información necesaria.

En general, las cargas monofásicas no se conectarán a los circuitos trifásicos suministrando a equipos sensibles al desequilibrio de voltaje. Se usará un equipo separado para suministrar energía a este equipo.

Hundimiento (sags) y parpadeo (flicker) del voltaje

La discusión previa ha cubierto cambios relativamente lentos en el voltaje asociado con la propagación del voltaje y los límites de tolerancia. Sin embargo, los cambios de voltaje repentinos deben tenerse en especial consideración.

La salida del equipo de iluminación es sensible al voltaje aplicado, y la gente es sensible a cambios repentinos de iluminación. Un cambio de voltaje de 0,25 a 0,5 % causará una reducción notable en la salida de luz de una lámpara incandescente y reducción menos destacable en la salida de luz del equipo de iluminación HID. La operación de equipos intermitentes tales como soldadores, arranque de motores y  hornos de arco pueden afectar el voltaje suministrado al equipo de iluminación de forma que mucha gente se quejaría del parpadeo de la iluminación.

El arranque del motor y cortocircuitos en líneas próximas pueden causar parpadeo de la lámpara e incluso hundimientos de voltaje repentinos que distorsionen el uso de equipos sensibles. Los hornos de arco y soldadores pueden hacer parpadear el voltaje varias veces en un segundo. Esto produce un efecto estroboscópico y puede ser particularmente irritante para las personas.

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