Criterios de diseño de instalaciones eléctricas industriales (9ª PARTE)

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Tensiones y corrientes armónicas

Fuentes y tipos de armónicos

Todas las cargas no lineales consumen corrientes no sinusoidales. Las principales fuentes de armónicos son dispositivos electrónicos de alimentación (convertidores estáticos, fuentes de alimentación, atenuadores, etc.).

• Máquinas y dispositivos electromagnéticos, como: bobinas saturadas, transformadores (corrientes de magnetización), motores y generadores, etc.
• Lámparas de descarga y resistencias.
• Hornos de arco que generan un espectro continuo de perturbaciones. Si el arco se suministra a través de rectificadores estáticos controlados por tiristor (hornos de arco de CC), las perturbaciones tienen una amplitud media más baja, pero los rectificadores producen armónicos.

Consecuencias

Las consecuencias principales de los armónicos son:

• La necesidad de sobredimensionar determinados componentes de la red y de la instalación: Conductores en tensión y Conductores neutros (de un sistema trifásico de 4 hilos), especialmente para circuitos de iluminación de descarga o fluorescente y cargas de ordenadores. Alternadores (p. ej. en generadores diesel) y Baterías de condensadores.
• Sobrecalentamiento local de circuitos magnéticos de motores.
• Posibilidad de resonancia entre las capacidades e inductancias de la red (ferrorresonancia) o entre bancos de condensadores y la impedancia fuente del sistema (principalmente inductiva).

Soluciones

armónicos: normalmente se utiliza un valor máximo del 5% para los armónicos de tensión y del 10%(1) para los armónicos de corriente.

Los armónicos se pueden atenuar mediante:

• La instalación de transformadores de baja tensión/baja tensión triángulo/estrella en zigzag para aislar el tercer armónico y sus múltiplos impares.
• La instalación de filtros.

Fenómenos de alta frecuencia

Este problema se refiere a las sobretensiones y todos los fenómenos electromagnéticos conducidos o radiados. Determinados dispositivos o toda una instalación eléctrica pueden ser sensibles a tales perturbaciones o provocarlos, por ejemplo, en forma de:

• Descargas electrostáticas.
• Radiación, por ejemplo, interferencias causadas por transmisores de radio, walkie-talkies, etc.
• Perturbaciones transmitidas por la conducción en los conductores de una instalación.

Por ejemplo: la apertura de bobinas de contactores o bobinas de disparo de interruptores automáticos. La directiva europea 89/336/CEE relativa a la compatibilidad electromagnética impone niveles máximos de emisiones y mínimos de inmunidad para las instalaciones eléctricas y sus componentes.

Energía de calidad

Se puede instalar un circuito de distribución de alta calidad dedicado en el esquema de distribución de baja tensión normal. El objetivo es alimentar a los equipos sensibles (ordenadores, cajas registradoras, microprocesadores, etc.) desde una fuente que esté exenta de las perturbaciones. El suministro de energía de alta calidad se consigue por medio de UPS y sus acumuladores y rectificadores-cargadores asociados, que en condiciones normales reciben su suministro de una salida del cuadro de distribución general de baja tensión.

La continuidad de suministro se asegura mediante un generador diesel y un sistema de conmutación automático de fuente, de tal modo que una fuente de alimentación sin interrupción se pueda mantener indefinidamente (siempre que haya disponible personal para llenar el depósito de combustible) o durante varias horas en el caso de un centro de transformación sin supervisión.

Conexiones a tierra

Las conexiones de un sistema de tierra son las siguientes:

El sistema principal de conexión equipotencial

La conexión se lleva a cabo mediante conductores de protección y el objetivo consiste en asegurar que, en caso de que un conductor extraño entrante (como una tubería de gas, etc.) desarrolle un potencial debido a un defecto externo al edificio, no pueda ocurrir una diferencia de potencial entre las partes conductoras extrañas en la instalación.

La conexión se debe realizar lo más cerca posible de los puntos de entrada al edificio y conectarse al terminal principal de conexión a tierra.

Sin embargo, las conexiones a tierra de las cubiertas metálicas de los cables de comunicaciones requieren la autorización de los propietarios de tales cables.

Conexiones equipotenciales suplementarias

Estas conexiones tienen como finalidad conectar todas las partes conductoras accesibles y todas las partes conductoras extrañas que sean accesibles simultáneamente, cuando no se cumplen las condiciones de protección adecuadas, es decir, cuando los conductores de conexión originales presentan una resistencia inaceptablemente alta.

Conexión de las partes conductoras accesibles a los electrodos de tierra

La conexión se lleva a cabo por medio de conductores de protección con el fin de proporcionar una ruta de baja resistencia para las corrientes de fuga que fluyen a tierra.

Esquemas de conexión a tierra normalizados

El esquema de conexión a tierra debe cumplir los criterios de tres opciones, originalmente independientes, elegidas por el proyectista de un esquema de distribución eléctrica o una instalación:

• El tipo de conexión del sistema eléctrico (por lo general, del conductor neutro) y las partes accesibles que llegan a los electrodos de tierra.
• Un conductor de protección independiente o un conductor de protección y un conductor neutro como un único conductor.
• El uso de una protección contra defectos a tierra de la aparamenta con protección contra sobreintensidades, que elimine únicamente corrientes de defecto relativamente elevadas, o el uso de relés adicionales capaces de detectar y eliminar a tierra pequeñas corrientes de defecto de aislamiento.

En la práctica, estas opciones están agrupadas y normalizadas de la forma descrita a continuación. Cada una de estas opciones ofrece sistemas normalizados de conexión a tierra que presentan tres ventajas e inconvenientes:

• La conexión de las partes conductoras accesibles de los equipos y del conductor neutro al conductor PE da como resultado una equipotencialidad y sobretensiones más bajas, pero incrementa las corrientes de defecto a tierra.
• Un conductor de protección independiente resulta costoso, aunque su sección transversal sea pequeña, pero es mucho menos probable que se vea contaminado por caídas de tensión, armónicos, etc., que un conductor neutro. También se evitan las corrientes de fuga en las partes conductoras extrañas.
• Los relés de protección contra corriente diferencial o los dispositivos de supervisión del aislamiento son mucho más sensibles y su instalación permite en muchos casos eliminar los defectos antes de que se produzcan daños graves (motores, incendios, electrocución).

La protección que ofrecen también es independiente respecto de los cambios realizados en una instalación existente.

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