Introducción
Existen eventos no deseados que ocurren en el sistema eléctrico que afectan las instalaciones eléctricas.
Eventos como sobretensiones, picos de tensión, voltajes deprimidos, ausencia de fase, interrupciones constantes tanto en breves períodos de tiempo como en largos, son algunos de los eventos que ocurren en el sistema eléctrico nacional.
Estos eventos traen como consecuencia, daños en equipos electrónicos conectados a la red eléctrica tales como, tarjetas y sistemas de control electrónicos de ascensores, sistemas de vigilancia, iluminación led, sistemas de acceso, electrodomésticos, sistemas de control de bombas de agua, entre otros.
Prácticamente no existe edificación que se escape de esta situación y requiere soluciones efectivas para evitar dichos daños.
En este documento se plantean varias soluciones que disminuirán o incluso pueden evitar tales daños. Además de esto, se plantea una propuesta que soluciona la ausencia de electricidad ante eventos de falla o interrupciones no programadas del servicio eléctrico, como una alternativa ecológica, práctica, duradera y funcional que no ofrecen las plantas eléctricas.
Eventos causantes de daños en los equipos conectados a la red
(Perturbaciones en la calidad de suministro eléctrico)
En la red eléctrica, existen ciertos fenómenos eléctricos que causan daños a los equipos eléctricos conectados a ellos. Estos eventos pueden ocurrir debido a fallas en la red eléctrica o a alteraciones en la red por cargas en las zonas aledañas.
Entre estas alteraciones podemos encontrar transitorios, interrupciones, sobretensiones, subtensiones, fluctuaciones de tensión, distorsiones en la forma de onda o variaciones en la frecuencia eléctrica.
Sobretensiones
Las sobretensiones son un aumento de voltaje en la red eléctrica medido entre dos conductores, que pueden producir daños en la instalación y en los equipos eléctricos. Pueden ser de dos tipos: transitorias y permanentes.
Las sobretensiones transitorias son un aumento de voltaje, de muy corta duración, medido entre dos conductores, o entre conductor y tierra. Pueden deberse a descargas eléctricas atmosféricas (rayos) o a procesos de conmutación o de averías (contacto a tierra o cortocircuito).
Las sobretensiones transitorias más comunes son las debidas a conmutaciones de maquinaria. Cuando existen desconexiones de circuitos por parte de CORPOELEC, generan sobretensiones que son propagadas en la red eléctrica y mientras más cercanas a ellas se encuentren, el daño a los equipos es mayor.
Los efectos de estas sobretensiones van desde la simple interrupción momentánea del trabajo a la destrucción total de un equipo o instalación. Las sobretensiones transitorias de gran magnitud pueden dañar componentes, placas de circuitos (llegando incluso a quemarlas) y otros elementos, pudiendo provocar la destrucción del equipo y la instalación eléctrica. Una exposición a sobretensiones transitorias degradará, sin que el usuario lo perciba, los componentes electrónicos y los circuitos, reduciendo la vida efectiva de los equipos y aumentando las posibilidades de fallos.
Todos estos efectos conllevan pérdidas económicas por la reposición de los elementos dañados, así como el coste indirecto de la interrupción de los procesos productivos.
La mayor parte de los sistemas eléctricos están dotados de medidas de seguridad para evitar cortocircuitos y descargas eléctricas a las personas. Los tableros eléctricos suelen disponer de protecciones, como los interruptores automáticos, magneto-térmicos y diferenciales, que protegen la instalación contra deficiencias en la línea. Sin embargo, los elementos de protección convencionales no son capaces de evitar las consecuencias de las sobretensiones transitorias, ya que su activación es mucho más lenta que el pico de tensión que se produce.
Los dispositivos de protección contra sobretensiones son complementarios a las protecciones citadas anteriormente. Permanecen inactivos con pequeñas deformaciones en la señal y con sobrecargas en la red. Sin embargo, responden instantáneamente a los picos de tensiones transitorias y son capaces de conducir a tierra la corriente del rayo (principal o secundaria), salvaguardando los equipos conectados.
Las sobretensiones permanentes o temporales son aumentos de tensión por encima del 10% del valor nominal de la red de distribución que se mantienen durante varios ciclos o de forma permanente de varios segundos o incluso minutos.
Las causas pueden ser varias, pero las más comunes son las fallas en los centros de transformadores de la compañía eléctrica.
Las consecuencias que esto genera es la destrucción de equipos, incendios, sobrecalentamiento de los equipos, reducción de la vida útil e interrupción del servicio.
Las sobretensiones son la primera causa de daños en equipos eléctricos y electrónicos que ocasionan pérdidas muy importantes que afectan tanto a instalaciones (seguridad, domótica, climatización, audio-video, etc.) como a equipos y consumidores (ordenadores, televisores, frigoríficos, entre otras).
Existen dispositivos que protegen la instalación de estos eventos y su actuación es la desconexión del suministro eléctrico que sufre la sobretensión. Los hay de reconexión manual y automática.
Subtensiones o depresión de tensiones
Las subtensiones son disminuciones de tensión por debajo del 10% del valor nominal de la red de distribución que se mantienen durante varios ciclos, segundos o incluso minutos.
Cuando las duración es muy corta, de unos cuantos segundos, las principales causas son cortos circuitos en la línea suministradora, maniobras de mantenimiento en la red eléctrica, encendido de grandes cargas como motores, soldadoras, punzadoras, cortadoras laser, compresoras, chillers o elevadores, motores de alta potencia, entre otros.
Cuando la duración es de varios segundos, o minutos, la mayor causa es una alta demanda de consumo que la red no es capaz de suministrar.
Las consecuencias son la reducción de intensidad de luminarias y posible daños a los drivers, reducción de imagen o parpadeo de monitores de computadores, variación en la velocidad de motores, la degradación y envejecimiento -a mediano y largo plazo- en elementos de protección como fusibles, corrupción de datos en circuitos y mal funcionamientos en componentes electrónicos, sobrecalentamiento de motores por mayores esfuerzos.
Interrupciones del servicio eléctrico
Este tipo de falla es recurrente en los últimos meses. Consiste en la interrupción del servicio eléctrico por unos segundos, minutos y hasta horas.
Generalmente, al ser restituido el servicio, la onda de voltaje no es estable pudiendo tener las perturbaciones antes mencionadas.
Las principales causas son la apertura de fusibles por fallas en el circuito, apertura de dispositivos de protección automáticos para despejar fallas en una sección de la red, o de desconexión intencional de la red eléctrica.
Las interrupciones de corto periodo de tiempo, pueden generar pérdida de datos en los dispositivos con memoria, pérdida de iluminación, reinicio de sistemas de computación y de seguridad, entre otros.
Las interrupciones de mayor duración, tienen consecuencias en la calidad de vida del usuario.
Transitorios
Los transitorios pueden clasificarse como impulsivos y oscilatorios. Los primeros son eventos repentinos en la cresta alta de la señal que elevan el voltaje y la corriente en ambas direcciones, se clasifican según su duración. Por su parte los transitorios oscilatorios son cambios repentinos en la condición de estado estable de la tensión o la corriente de una señal.
Distorsión de la forma de onda
La tensión y la corriente de un sistema se pueden ver como una onda senoidal, la cual se verá más o menos afectada por los diferentes eventos de la red. Cuando una corriente directa entra en un circuito de distribución (corriente alterna) crea un efecto de trasposición cuya consecuencia es un aumento en la corriente.
Tabla 1 Resumen: Perturbaciones en la calidad de suministro eléctrico
| Categoría de la perturbación | Forma de la onda | Efectos | Posibles causas |
|---|---|---|---|
| 1.Transitorios | |||
| Impulsiva |  | Pérdida de datos, posibles daños, paro del sistema | Rayos, ESD, impulsos de conexión, liberación de fallas de la red |
| Oscilatoria |  | Pérdida de datos, posibles daños | Desconexión de cargas inductivas / capacitivas |
| 2. Interrupciones | |||
| Inverter |  | Pérdidas de datos, posibles daños, cierre | Conmutación, fallas de la red, disparo de disyuntores, fallas de componentes |
| 3. Bajada de tensión / subtensión | |||
| Bajada de tensión |  | Paro del sistema, pérdida de datos, cierre. | Cargas de arranque, fallas |
| Subtensión |  | Paro del sistema, pérdida de datos, cierre. | Fallas de la red, cambios de carga |
| 4. Aumento de tensión / Sobretensión | |||
| Aumento de tensión |  | Disparos por interferencia, daños al equipo/vida reducida | Cambios de carga, falla de la red |
| Sobretensión |  | Daños al equipo/vida reducida | Cambios de carga, falla de la red |
| 5. Distorsión de la forma de onda | |||
| Desplazamiento por CC |  | Transformadores calentados, corriente por falla de masa, disparo por interferencia | Rectificadores, fuentes de alimentación defectuosos |
| Armónicas |  | Transformadores calentados, paro del sistema | Cargas electrónicas (cargas no lineales) |
| Interarmónicas |  | Parpadeo de la luz, calentamiento, interferencia de la comunicación | Señales de control, equipos defectuosos, cicloconversores, conversores de frecuencia, motores de inducción, dispositivos de generación de arco |
| Corte intermitente |  | Paro del sistema, pérdida de datos | Mecanismos de velocidad variable, soldadores con arco, alternadores de luz |
| Ruido |  | Detención del sistema, pérdida de datos | Transmisores (radio), equipos defectuosos, masa ineficiente, proximidad a fuente EMI/RFI |
| 6. Fluctuaciones de tensión | |||
 | Paro del sistema, parpadeo de luces | Funcionamiento intermitente de los equipos de carga | |
| 7. Variaciones de la frecuencia eléctrica | |||
 | Falla del equipo sincrónico. Sin efecto sobre los equipos informáticos | Generadores de reserva regulados en forma ineficiente | |
Consecuencias
Soluciones ofrecidas
Los dispositivos de protección que actúan ante sobretensiones transitorias, drenan el exceso de energía a través del sistema de puesta a tierra de la instalación sin interrumpir el servicio eléctrico. Esto se hace en escalas para mitigar la onda de energía que cada equipo de protección es capaz de drenar.
Los dispositivos de protección que actúan ante sobretensiones permanentes, desconectan el circuito donde se esté presentando la falla. Los dispositivos manuales deben ser reactivados manualmente para restablecer el servicio, mientras que los dispositivos automáticos lo hacen sin intervención del usuario. Sin embargo, en ambos casos, la energía es interrumpida y el usuario no tendrá servicio eléctrico durante este tiempo.
Para las interrupciones de servicio de corta duración y de larga duración, no hay dispositivos de protección sino más bien, equipos de generación de energía para suplir la demanda en estos periodos de tiempo. Usualmente, para cortos periodos de interrupción, el sistema de respaldo deberá ser de rápida actuación que no son capaces de actuar las plantas eléctricas. Para periodos largos de interrupción, generalmente se usan plantas eléctricas con todos los inconvenientes ambientales, logísticos y operativos que eso conlleva.
Enersolar Ingeniería tiene una solución para las sobretensiones transitorias, con el uso de dispositivos de protección en cascada. Desde la acometida principal hasta cada subtablero de distribución del lugar. Estos equipos son llamados de acuerdo a la norma nacional e internacional SPD (surge protection device) que en español sería “dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias”.
Además, para las sobretensiones permanentes, Enersolar Ingeniería ofrece una solución tanto de protección como de suministro de energía instantánea durante el despeje de la falla, con el fin de mantener ininterrumpidamente la demanda de energía de las cargas que se deseen respaldar. Soluciones ofrecidas.
Para las interrupciones de corto y también de largos períodos, Enersolar Ingeniería tiene una solución ecológica para seguir suministrando la energía que se requiere en los circuitos que se desee, actuando de manera automática e instantánea.
De esta manera, Enersolar Ingeniería brinda una solución completa ante las perturbaciones existentes en el sistema eléctrico que ocasiona daños a los equipos conectados y molestias a los usuarios.
Soluciones para minimizar las fallas por sobretensiones transitorias
Se ofrecen dispositivos de protección contra transitorios ubicados en los tableros eléctricos del edificio. Los mismos, drenarán cualquier exceso de energía peligrosa a través del sistema puesta a tierra de la edificación.
Se instalará un SPD justo al lado del tablero principal de la edificación, y otros dispositivos en los sub-tableros de iluminación, bombas de agua y de ascensores, para un total de 4 dispositivos a instalar.
Los dispositivos son de origen francés de la marca CITEL, empresa fundada en 1937 con sedes en Europa, América y Asia. Enersolar Ingeniería es representante oficial en Venezuela de esta prestigiosa marca. Los equipos cuentan con una garantía de hasta 10 años en algunos de sus modelos y de 5 años en otros. Para más detalles sobre CITEL puede ver la presentación de la empresa en el siguiente link: https://youtu.be/nFJOS06-G8Y
En los videos anexos puede ver las diferentes soluciones a los problemas que aquejan a los diferentes usuarios:
- Implementación y reglas de instalación de SPD: https://youtu.be/0SFABqDo_Rw
- Protección contra sobretensiones para iluminación LED: https://youtu.be/9vsbkuwUx10
- Protecciones contra sobretensión para instalaciones industriales: https://youtu.be/F7fia7YUBM0
- Protecciones para sistemas de seguridad: https://youtu.be/3wSpeK165hw
- Estrategia de protección de instalaciones deportivas: https://youtu.be/omdz5V3Qrk8