24 septiembre 2012

Efecto de las variaciones de voltaje y equipos de utilización de medio voltaje



Cuando el voltaje en los terminales de los equipos de utilización se desvía del valor de la placa de características del equipo, el rendimiento y la vida de operación del equipo quedan afectados. El efecto puede ser menor o serio dependiendo de las características del equipo y la cantidad de desviación de voltaje de la placa de características.


Motores de inducción

Las características del motor de inducción varían como una función del voltaje aplicado según lo indicado en la siguiente tabla.
Características
Proporcional a
Variación de voltaje
90 % de la placa
110 % de la placa
Par de arranque y funcionamiento máximo
Cuadrado del voltaje
̵ 19 ºC
+ 21 %
Deslizamiento porcentual
(l/voltaje)2
+ 23 %
̵ 19 %
Velocidad a plena carga
Deslizamiento – velocidad síncrona
̵ 0,2 a 1.0 %
+ 0,2 a 1,0 %
Corriente de arranque
Voltaje
̵ 10 %
+ 10 %
Corriente a plena carga
Varía con el diseño
+ 5 a + 10 %
̵ 5 a  ̵ 10 %
Corriente sin carga
Varía con el diseño
̵ 10 a  ̵ 30 %
+ 10 a + 30 %
Elevación de la temperatura
Varía con el diseño
+ 10 a + 15 %
̵ 10 a  ̵ 15 %
Eficiencia a plena carga
Varía con el diseño
̵ 1 a  ̵ 3 %
+ 1 a + 3 %
Factor de potencia a plena carga
Varía con el diseño
+ 3 a + 7 %
̵ 2 a  ̵ 7 %
Ruido magnético
Varía con el diseño
Ligero decrecimiento
Ligero incremento

Motores síncronos

Los motores síncronos quedan afectados de la misma manera que los motores de inducción, excepto que la velocidad queda constante (a menos que la frecuencia cambie) y el par extraído o máximo varía directamente con el voltaje si el voltaje de campo queda constante, como en el caso donde el campo es suministrado por un generador en el mismo eje con el motor. Si el voltaje de campo varía con el voltaje de línea como en el caso de una fuente rectificadora estática, entonces el máximo par extraído varía con el cuadrado del voltaje.

Lámparas incandescentes

La salida de luz y vida de las lámparas de filamentos incandescentes son críticamente afectados por el voltaje. La variación de vida útil y salida de luz con el voltaje viene dado por la siguiente figura.
Voltaje aplicado (V)
Capacidad de la lámpara
120 V
125 V
130 V
% Vida útil
% luz
% Vida útil
% luz
% Vida útil
% luz
105
575
64
880
55

110
310
74
525
65
880
57
115
175
87
295
76
550
66
120
100
100
170
88
280
76
125
58
118
100
110
165
88
130
34
132
59
113
100
100

Lámparas fluorescentes

La salida de la luz para los balastos magnéticos varía aproximadamente en proporción directa al voltaje aplicado. Así un 1 % de incremento en el voltaje aplicado incrementará la salida de luz en un 1 % y, a la inversa, una disminución del 1 % en el voltaje aplicado reducirá la salida de luz en un 1 %. La salida de luz de los balastos electrónicos puede ser más o menos dependiente de la entrada de voltaje.
El componente sensible al voltaje de la composición fluorescente es el balasto. Es una pequeña reactancia, transformador, circuito electrónico, o combinación que suministra los voltajes de arranque y operación a la lámpara y limita la corriente de la lámpara a los valores de diseño. Estos balastos pueden sobrecalentarse cuando están sujetos a voltajes y temperaturas de operación por encima de lo normal, y pueden requerirse protecciones térmicas.

Lámparas de descarga de alta intensidad (HID) (mercurio, sodio y haluros metálicos

Las lámparas de mercurio usando un balasto de reactancia típica tendrán un cambio del 12 % en la salida de la luz para un cambio del 5 % en el voltaje del terminal. Las lámparas HID pueden extinguirse cuando el voltaje terminal cae por debajo del 75 % del voltaje nominal.  Un balasto de autotransformador de wattage constante producirá un cambio +/- 5 % en el wattage de la lámpara para el mercurio o un cambio de +/- 10 % en wattage para haluros metálicos, cuando el voltaje de línea varía + /- 10 %.

Procesos de calentamiento infrarrojos

Aunque los filamentos en las lámparas usados en estas instalaciones son del tipo de resistencia, la salida de energía no varía con el cuadrado del voltaje debido a que la resistencia varía al mismo tiempo. La salida de energía varía ligeramente menos que el cuadrado del voltaje. Las variaciones del voltaje pueden producir cambios no deseados en el calor de proceso disponible a menos que se use un control termostático u otros medios de regulación.

Dispositivos de calentamiento de resistencia

 La entrada de energía y, por lo tanto, la salida de calor de los calentadores de resistencia varía aproximadamente con el cuadrado del voltaje. Así una caída del 10 % en voltaje causará una caída aproximada del 19 % en la salida de calor.

Condensadores

La salida potencia reactiva de los condensadores varía con el cuadrado de la potencia. Una caída del 10 % en el voltaje de alimentación, por lo tanto, reduce la salida de potencia reactiva aproximadamente en un 19 %, y donde el usuario hace una inversión en condensadores para la mejora del factor de potencia, el usuario pierde el beneficio de casi el 20 % de esta inversión.

Dispositivos operados por solenoide

La energía extraída por solenoides AC varía aproximadamente con el cuadrado del voltaje. En general, los solenoides están diseñados para operar satisfactoriamente con un 10 % de sobrevoltaje y un 15 % de subvoltaje.

Equipamiento de estado sólido

Tiristores, transistores, y otros dispositivos de estado sólido no tienen calentadores termoiónica. Por ello son casi tan sensibles a las variaciones de voltaje a largo plazo cuando los componentes del tubo de electrones son en gran medida reemplazados. Los reguladores de voltaje internos son frecuentemente proporcionados para equipos sensibles tales que son independientes de la regulación del sistema de alimentación. Este equipamiento además del equipamiento de estado sólido está, sin embargo, generalmente limitado a los voltajes inversos pico, ya que pueden quedar afectados por voltajes anormales de duración de incluso microsegundos. Un estudio individual del voltaje máximo del equipo, incluyendo las características surge, son necesarios para determina el efecto de voltaje de sistema máximo o si un voltaje anormalmente bajo dará como resultado un disfuncionamiento.

Bibliografía

·         IEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. IEEE Std 141-1993
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