Asimetria de corriente y tension

¡CUIDADO CON LA ASIMETRÍA! CAUSAS, CONSECUENCIAS, MEDICION Y CONTROL

»     ¡Los motores trifásicos se están sobrecalentando!
»     ¡Las protecciones de sobrecargas se disparan sin una razón!
»     ¡Las facturas de energía son más altas de lo esperado!
»     ¿Por qué?

Asimetría indeseable

Los beneficios económicos de los proveedores de energía y sus usuarios dependen en gran medida de la confiabilidad, seguridad y eficiencia del sistema de energía. Uno de los fenómenos que está fuertemente relacionado con la eficiencia del sistema de energía es una asimetría.

La asimetría de corriente y tensión degrada la eficiencia del sistema de energía. Reduce la eficiencia de la generación, transmisión y distribución de electricidad. Finalmente, esto resulta en un aumento en el precio de la electricidad. El consumidor de electricidad también incurrirá en costos adicionales debido a una disminución en la eficiencia de los equipos eléctricos con la aparición de asimetría de tensión.

Figura 1. La alta asimetría provocó el sobrecalentamiento de los devanados del motor y el incendio

Sobre la asimetría…

Hay tres tipos de estados de asimetría en la red eléctrica. Es la asimetría de corriente, la asimetría de tensión y la ocurrencia simultánea de asimetría de corriente y tensión.

Con respecto a los sistemas trifásicos, la asimetría de tensión se define como un estado en el que los valores efectivos de las tensiones trifásicos no son los mismos y / o los ángulos entre ellos difieren significativamente de 120° como se puede ver en la figura 2b. Cualquier sistema trifásico de vectores de tensión o corriente puede descomponerse en una suma que consta de tres componentes: secuencia cero, secuencia negativa y componente de secuencia positiva. Los coeficientes que se escalan a la secuencia positiva se pueden calcular y se utilizan para describir el fenómeno cuantitativo de la asimetría de tensión y corriente.

Figura 2. El gráfico fasorial en a) refleja una simetría perfecta en un sistema de energía trifásico. Todos los vectores correspondientes a 3 fases tienen la misma magnitud y hay 120° entre dos vectores adyacentes. El gráfico fasorial en b) refleja la asimetría en el sistema de potencia. Los vectores tienen diferentes longitudes y los cambios angulares son diferentes de 120° entre fases adyacentes

Fuentes de asimetría

La asimetría de tensión y la asimetría de corriente son dos tipos diferentes de asimetría en el sistema de energía. La fuente y la naturaleza de estas asimetrías son diferentes. El desequilibrio de tensión resulta de la asimetría estructural de generadores (variaciones en la construcción interna), transformadores y líneas de transmisión y distribución. Además, la asimetría puede ser causada por una caída de tensión en la impedancia del sistema por corrientes asimétricas. A su vez, la principal fuente de desequilibrio de corriente es el desequilibrio de carga, causado por una carga monofásica en el sistema de distribución o una falla en el lado de la carga.

La asimetría de tensión también puede causar asimetría en la corriente de suministro. Esto es particularmente evidente en la corriente de motores de inducción alimentados con tensión asimétrica. Por ejemplo, una asimetría del 1% en la tensión de alimentación puede causar un desequilibrio de corriente varias veces mayor en los motores de inducción.

Efecto negativo de la asimetría

La asimetría de la corriente, es decir, la aparición del componente asimétrico, provoca la disipación de energía en los elementos del sistema de energía en forma de calor. Como resultado, la asimetría actual reduce el rendimiento al generar, transmitir y distribuir electricidad. Por lo tanto, los cables y alambres del sistema de distribución deben seleccionarse teniendo en cuenta el nivel de asimetría.

El componente de asimetría de tensión negativo contribuirá a la creación de un campo magnético con la dirección opuesta en los motores de inducción. Es como acelerar y frenar al mismo tiempo. Por ejemplo, la aparición de asimetrías de tensión de hasta varios por ciento puede aumentar significativamente la temperatura del devanado del motor y reducir la vida útil del devanado en más de la mitad. Por lo tanto, la carga en los motores debe reducirse en consecuencia para compensar las pérdidas de calor resultantes de la asimetría.

La asimetría también tiene un efecto negativo en los rectificadores e inversores trifásicos. El desequilibrio de tensión causa asimetría de la corriente de suministro, lo que aumenta la temperatura de los diodos rectificadores e interrumpe el funcionamiento de los dispositivos de seguridad. Otros efectos negativos ocurren durante estados transitorios causados principalmente por fallas en el sistema de energía.

Figura 3. La alta asimetría provocó el sobrecalentamiento de los devanados del motor y el incendio

La asimetría de corriente transitoria ocurre, por ejemplo, debido a fallas de fase a fase. En este caso, se producirán niveles extremos de asimetría actual, que durarán solo unos segundos. Sin embargo, esto puede provocar inestabilidad y fallas del sistema si las causas no se eliminan a tiempo.

Métodos de mitigación de la asimetría

1. Adopción de estándares apropiados con respecto a niveles aceptables de asimetría de corriente y tensión y su control.
2. Aplicación de normas y estándares al equipo y línea de transmisión.
3. Modificaciones estructurales de cargas monofásicas.
4. Reguladores de tensión monofásicos.

Parámetros y dispositivos para medir la asimetría

La asimetría está relacionada con la presencia de secuencia positiva y componentes de secuencia cero y los parámetros u0 y u2 (ecuaciones que se muestran en la tabla) se usan comúnmente en mediciones en ingeniería eléctrica:

u₀=U₀/U₁ × 100%
u₂=U₂/U₁ × 100%

dónde:
u₀ – parámetro de asimetría de secuencia cero,
u₂ – asimetría del parámetro opuesto,
U₀ – componente de secuencia cero,
U₁ – componente de secuencia positiva,
U₂ – componente de secuencia negativa.

Los dispositivos de uso común para medir los parámetros de la red de energía, incluida la asimetría, son analizadores de calidad de energía. La serie de dispositivos llamada PQM es la serie de analizadores de calidad de energía de Sonel. Todos los analizadores de la serie PQM tienen la capacidad de medir parámetros de asimetría.

Algunas medidas simples para realizar la medición y el diagnóstico de asimetría:

1. Conecte cualquier analizador de la serie PQM Sonel de acuerdo con las instrucciones del fabricante y configure el modo de medición de asimetría de tensión y / o corriente.
2. Después del tiempo de medición apropiado, descargue los datos a la computadora y use el programa Sonel Analysis para trazar el gráfico de tiempo del curso de los parámetros de asimetría.
3. Si el nivel del parámetro de asimetría excede el umbral de EN 50160 u otras normas, tome medidas para mitigar los efectos adversos.

Figura 4. El electricista está configurando el PQM conectado para medir la asimetría