fallas instalaciones electricas

8/12/2019 Fallas Instalaciones Electricas

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TEXTO DE ESTUDIOversin 2010

FALLAS en las

INSTALACIONES

ELCTRICAS

por CALIDAD de laENERGA

El uso cada vez ms de equipos y maquinascomputacionales, sistemas de iluminacin, TV,

variadores de velocidad motores, control de potencia y

en general todo consumo no lineal, degradainevitablemente la Calidad de la Energa Elctrica

provocando condiciones inseguras, aumento de costos

y fallas intempestivas de difcil deteccin en las

instalaciones elctricas que afectan la productividad y

la competitividad de la Empresa moderna. Problema

que sin duda, aumentar an ms en los prximos

aos.

DANIEL HENRIQUEZ SANTANA

DHS ING NI ROSRelatores WWW.DHSING.CLELECTRICID D V NZ D y GESTIN TECNIC


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FALLAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS POR CALIDAD DE LA ENERGIA 3

INTRODUCCINPrevenir, detectar y resolver las fallas en instalaciones elctricas de baja tensin a causa de la calidad de la energa elctricaes imprescindible para el desarrollo, productividad y crecimiento sostenido de un pas. Solo a modo de referencia , la situacin a

alcanzado una magnitud tal que los pases europeos , norteamericanos y otros han propuestos Normas ( IEEE 519-1992 y la

IEC-555 ) de cumplimiento obligatorio que permitan una sana integracin de todo el ambiente elctrico, incluida no solamente a

nivel del consumo elctrico, sino que tambin la generacin, distribucin de la energa y la fabricacin de equipos elctricos

capaz de no contaminar la energa en las instalaciones elctricas. Se estima que los pases industrializados y de fuertes

actividades comerciales, entre el 60% y 80% de la potencia elctrica la consumen alguna clase de equipo electrnico no lineal.

El impacto de la cargas no lineales con su generacin armnica contaminante es serio. En pases como Suiza la contaminacin

armnica subi de 3,9% a 5,1% entre 1991 a 2001 en sus sistemas elctricos de baja tensin. En la actualidad esta tendencia es

mucho mayor y va a seguir en aumento sostenido, dado que los equipos de comportamiento no lineal conectados a las redeselctricas aumentaran con la tecnologa y el desarrollo necesario del pas.

Al respecto en Chile a travs de la Norma SEC 4/2003 se recomiendan precauciones en los alimentadores de la Instalacin

Elctrica ( segn 7.2.1.2. c ), como as mismo, el conocimiento del Decreto 327 que seala los limites admisibles acerca de la

calidad de la energa elctrica.

La creciente popularidad y el uso en el trabajo cada vez mayor de equipos electrnicos informticas de oficina, fluorescentes,

controladores de motores y en general todo tipo de control electrnico de consumos en el que predomina un comportamiento

elctrico no-lineal alimentados a travs de las instalaciones elctricas de consumo de baja tensin, son la principal causa

contribuyente a la mala calidad de la energa elctrica. La consecuencia son preocupante ya que los efectos ms nocivos se

pueden resumir en funcionamiento errticos y cortes intempestivo de equipos y mquinas de trabajo e interrumpiendo la

PRODUCTIVIDAD y RENTABILIDADde actividad laboral del pas.

Esto debido a la operacin inestable de tableros elctricos, contaminacin con frecuencias armnicas, sobrecalentamiento de

conductores, excesiva corriente por el neutro, fallas de aislamiento, perdidas de energa, etc.

Por lo anterior, este Texto de Estudio tiene por objetivo servir de informacin de consulta a profesionales del mbito elctrico,

mantencin y actividades similares. Identificar y solucionar las fallas tpicas de una instalacin elctrica a causa de la mala

calidad de la energa por cargas no lineales y generacin de distorsin armnicas y otros fenmeno elctricos. Elaborar

informes tcnico-econmico que permita tomar las acciones preventivas y/o correctivas en los problemas en la instalacin

elctrica. Evitar fallas intempestivas y/o permanentes a causa de la calidad de la energa en el funcionamiento de lasinstalaciones elctricas que afectan la seguridad de los usuarios, el trabajo y la productividad de la industria, comercio y

usuarios finales.

Tema importante tambin para el Personal Tcnico de Empresas que comercializan equipos y sistemas ( informticas, mdicos,

climatizacin, industriales, etc ) debido a que la instalacin de estos, deben hacerse muchas veces en redes elctricas de

clientes con altos niveles de contaminacin provocando un aumento en la periocidad de las mantenciones preventivas y

correctivas no consideradas con el consiguiente desventaja de costos adicionales y perdida de productividad.

El Autor


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FALLAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS POR CALIDAD DE LA ENERGIA 53.8.2. Filtro tipo serie pasivo................................................................................................................................118

3.8.3. Filtro tipo shunt pasivo...............................................................................................................................119

3.8.4. Filtro pasa bajo y banda ancha....................................................................................................................119

3.8.5. Filtros compensacin activa y otros............................................................................................................1203.8. 6. Filtros hibridos...122

3.8.7. Soluciones .....125

3.8.8. Convertidores Limpios y Compensadores Activos, Usos....129

3.8.9. Topologa Elctrica de Filtros Hibridos....143

4. ANALISIS DE FALLAS EN REDES ELECTRICAS Y SOLUCIONES4.1. Instalacin. Elctrica tpica.........................................................................................................................................148

4.2. Anlisis de casos........................................................................................................................................................149

4.2.1. Deteccin de transientes..................................................................................................................................149

4.2.2. Deteccin de armnicos....150

4.2.3. Fallas en circuitos de alumbrado y parpadeo.....................................................................................................153

4.2.4. Tablero Elctroc de Alumbrado....156

4.2.5. Tableros de enchufes......1574.2.6. Bloqueos y reinicio de equipos informticas.....................................................................................................158

4.2.7. Tablero elctrico con alta carga no lineal..........................................................................................................161

4.2.8. Sobrecalentamiento de transformadores.........................................................................................................163

4.2.9. Fallas en motores de induccin........... ............................................................................................................166

4.2.10. Problemas de variadores a cargas lineales ....................................................................................................169

4.2.11. Fallas motores convertidores PWM...............................................................................................................172

4.2.12. Fallas en reguladores de velocidad....172

4.2.13. Motores de induccin quemado.....173

4.2.14. Disparo de diferenciales por armnicos..........................................................................................................174

4.2.15. Evaluacin de Calidad Empalme200KW..........................................................................................................177

4.3. Analisis y Soluciones Filtros armonicos comerciales...................................................................................................149

5. EVALUACIN DE INVERSIN EN EQUIPOS Y FILTROS ARMONICOS5.1. Conceptos y formulacin de evaluacin de proyectos elctricos................................................................................210

5.2. Evaluacin Instalacin elctrica con fallas..................................................................................................................211

5.3. Inversin y evaluacin Instalacin elctrica sin fallas.................................................................................................212

5.4. Inversin y financiamiento de solucin......................................................................................................................213

5.5. Evaluacin costobeneficio y resultados.....................................................................................................................213

6. ELABORACIN ESTUDIO TCNICO ECONMICO6.1. Objetivo de un informe tcnico.................................................................................................................................214

6.2. Anlisis previo e inspeccin visual.............................................................................................................................214

6.3. Parmetros a medir...................................................................................................................................................215

6.4. Metodologa a seguir.................................................................................................................................................216

6.5. Presentacin de resultados........................................................................................................................................217

6.6. Identificacin de problemas y alternativas de soluciones...........................................................................................217

6.7. Cronograma de accin Gantt ( Project )......................................................................................................................2186.8. BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................................................219

contenidos CD ROM FALLAIN-01 TEXTO ESTUDIO FALLAS EN REDES ELECTRICAS- PERTURBACIONES EN LA RED TEORIA DE ARMONICOS-

DESPLAZAMIENTO FACTOR POTENCIA NORMAS EN50160/IEC/D327 ANALIZADOR MONOF 43B ANALIZADOR TRIF 430B-INSTRUMENTOS ANLISIS RED ELECTRICA .

LAB 1 :Analizador de Datos PC Simulador fenmenos elctricos LAB 2 :FALLAS F1. Deteccin de transientes F2.Deteccin de armnicos F3.Circuitos de Alumbrado F4. Tablero

de Alumbrado F5.Tableros de Enchufes F6.Bloqueos y Reseteos Computacin F7.Tablero con alta carga NoLineal F8.Sobrecalentamiento Trafos Distribucin F9.Motores de Induccin F10.Cargas Lineales por Variadoresde Frecuencia F11. Motores Convertidores PWM F12. Variadores de Velocidad Motor F13.Motores de Induccinquemado. ---- Evaluador de Inversin Elctrica. HARMCALC.


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1. CONCEPTOS YNORMAS DE CALIDAD DE LA

ENERGIA ELECTRICA

1.1. INTRODUCCINComo sabemos, la electricidad es por su versatilidad de transformacin una de las energas dems amplio y diversificado uso en nuestra sociedad. La tecnologa que hemos desarrolladonecesita para su adecuado trabajo, de una fuente de suministro continua, estable y pura,cualidades que lamentablemente son carencia de nuestras redes actuales de suministro.Una anomala en una red de alimentacin, puede provocar desde molestias por la mala calidadde la energa, hasta serios daos a las instalaciones y equipos asociados debido a su amplitud ytiempo de permanencia. La calidad del producto energa como la seguridad en su utilizacin, sonde suma importancia para la eficiencia de nuestros aparatos y sistemas, como la calidad yseguridad de los mismos. El estudio de las anomalas posibles de presentarse en una red, debeser de gran preocupacin de parte de los proyectistas, instaladores y mantenedores, productoque estas se relacionan con las caractersticas de seleccin de los dispositivos de proteccinelctrica.

Durante su funcionamiento, toda red elctrica puede presentar dos estados operativos, el normaly el anormal. El primero se presenta cuando las variables caractersticas de la red, se encuentrandentro de los mrgenes preestablecidos, mientras que la segunda, se presenta cuando uno oms parmetros elctricos se encuentran sobre o por debajo de los valores preestablecidos.

Un sistema elctrico de baja tensin desde la ptica de la fuente de suministro se consideraoperando en forma normal, siempre y cuando las variaciones u holguras del voltaje nominal en elpunto de conexin de ella con la carga (excluyendo perodos con interrupciones de suministro),se encuentre en un rango estadstico aceptable . Otro parmetro elctrico que identifica laoperacin normal de una red de alimentacin, es la frecuencia, la que debe presentar en general,un valor entre los 49,8 Hz y los 50,2 Hz, considerando una fundamental de 50 ciclos porsegundo.

La amplitud de la corriente elctrica puede tambin considerarse como variable de estudio, entrelas condiciones normales y anormales de operacin de un sistema elctrico de alimentacin. Noexiste un valor fijo por razones evidentes, pero su magnitud debe ser estar relacionada con la

capacidad de conduccin de las lneas como con las caractersticas de disparo de losdispositivos de operacin, corte y proteccin contra sobrecorrientes.

CARACTERSTICAS OPERATIVAS DE LAS INSTALACIONES ELECTRICASLas instalaciones elctricas deben ser capaces de suministrar en forma adecuada, la energasuficiente para que los equipos conectados a ella puedan funcionar conforme a sus parmetrosnominales. Segn esto, es deseable que los sistemas operen siempre en forma ideal, situacinque en la prctica no es posible de cumplir durante todo el tiempo. Un sistema elctrico dealimentacin puede presentar durante su uso, diferentes comportamientos, clasificndolos estosen dos grandes grupos; los estados normales y anormales de operacin.


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1. ESTADO NORMAL DE OPERACINUn sistema elctrico de alimentacin se considera operando en forma normal cuando susparmetros elctricos caractersticos se encuentran dentro de los limites establecidos por lareglamentacin correspondiente, y las exigencias de los fabricantes de los equipos conectados ala red. punto de conexin de la barra de distribucin.

En la figura , para el caso de la fuente de suministro, esta se considera operando en formanormal para la baja tensin, cuando el valor caracterstico del voltaje presenta una variacin deamplitud de 7,5% durante le 95% del tiempo y la frecuencia esta comprendida entre 49,8 y 50,2Hz, para una fundamental de 50HZ. En las lneas, su cada de tensin mxima no debe sersuperior al 3% del valor nominal del voltaje, siempre y cuando en el punto ms desfavorable estano exceda del 5%.


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2. ESTADO ANORMAL DE OPERACINEl estado anormal de operacin se considera al momento en donde el sistema elctrico no es

capaz de entregar los parmetros caractersticos dentro de los lmites considerados normales, yla calidad de la seal no es la adecuada para el correcto funcionamiento de los equiposconectados.

PERTURBACIONES EN LA REDLas perturbaciones, son anormalidades de los sistemas elctricos que no provocan daos,siempre y cuando su amplitud y/o duracin, corresponda a valor tolerable tanto por el sistemacomo por los equipos asociados a este. En las actuales redes elctricas podemos encontrarperturbaciones de caractersticas transitorias ypermanentes.Transitoria: En las primeras, la seal de alimentacin sufre una fuerte elevacin de su amplitud,

o bien, una drstica disminucin durante un mnimo tiempo.Perturbacionespermanentes en cambio, se caracterizan por estar siempre presentes en la red,pero con una amplitud demasiado baja como para afectar directamente a la instalacin.Si bien es cierto, se pueden diferenciar a las perturbaciones transitorias de las permanentes, laclasificacin dada a este fenmeno no obedece principalmente a este concepto, si no que sedebe fundamentalmente a la forma en como es afectada la seal que transporta la red.

PERTURBACIONES EN LA RED ELCTRICA

FLUCTUACIN DE VOLTAJE - PARPADEO DEL VOLTAJE - TRANSITORIO DE CORRIENTE

INTERRUPCION DE VOLTAJE - DISTORSION DE ARMONICAS

F LL S TIPIC S EN INST L CIONES ELECTRIC S BTPOR FENMENOS ELCTRICOS QUE AFECTAN A LA CALIDAD DE LA ENERGIA

FENMENOS CAUSAS EFECTO ( Fallas )

TRANSIENTES Rayos, conexin de banco decondensadores, partidas demotores, etc.

Quema de sistemas electrnicos Reseteos de equipos

DIPS Cortocircuito, conexin decargas de alta potencia, fallascercanas. En general

demandas de altas corrientes.

Problemas de operacin y accionamientoen motores con convertidores estticos.

Reseteos de equipos electrnicos.

SWELLS Cortocircuitos monofsicos,desconexin de cargas de altapotencia. Fallas cercanas.

Afecta el aislamiento de equipos.Problemas en circuitos electrnicos.

Aislamiento de conductores portemperatura.

OUTAGESFallas a nivel de generacinelctrica o grupo generador.Cortes en las lneas de Tx y/oalimentadores.Fallas en subestaciones. Etc.

Cortes en equipos sensibles. Reseteos equipos informticos y otros.

DESBALANCE Operacin de fusibles y


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protecciones en tablero.Exceso de carga monofsicaen lneas.

Generacin de secuencia negativas queafectan a motores.

Generacin de triplens que traen

problemas de neutro a tierra proteccin.

FRECUENCIAGeneralmente, por fallas enlas generadoras elctricas porvelocidad de rotacin.

Problemas de operacin en cargas comomotores y similares.

Perdida de reloj y sincronismo en sistemasque utilizan la frecuencia de red 50Hz comoreferencia.

FLICKER

Provocadas por cargas queconsumen mucha potencia (demandan alta corriente ),como alumbrado, consumocomn en trafos MT de

alumbrado y fuerza.Soldadoras y hornos de arco,etc.

Se manifiesta a travs del parpadeo de lailuminacin incandescente, luminarias.

Destruccin y mal funcionamiento deartefactos elctricos.

NOTCHES Debido a la accin derectificadores trifsicos.

Problemas en circuitos de sincronizacinen equipos de potencia.

Adelantamiento de la hora en equiposdigitales ( ascensores, etc )

ARMONICOSProvocadas por cargas nolineales. Toda carga que utilizasemiconductores en sufuncionamiento.

Calentamiento de conductores Disparo falso de protecciones Problemas en motores, Problemas en neutro, Reseteo de equipos en general.

1.2. CONTAMINACIN ARMONICA POR CARGAS NO LINEAL

En general, todos las equipos que no contengan elementos semiconductores (cargas lineales),tienen una respuesta de corriente con forma de onda igual a la respectiva seal de excitacin devoltaje; esto significa que la corriente es proporcional al valor instantneo de la tensin, y est enfase o desfasada dependiendo de si la carga es resistiva, inductiva, capacitiva o combinacin deestas. En sntesis, si la tensin es sinusoidal tambin lo ser la corriente. Una carga concaractersticas no lineales, posee elementos semiconductores que produce que la corriente de

ellas, no sea proporcional al valor instantneo de la tensin de la red. Estas cargas absorbencorriente en impulsos bruscos en lugar de hacerlo con suavidad, tal como es el caso de lascargas de caractersticas lineales. Dichos impulsos crean una onda de corriente distorsionadaque contiene los denominados armnicos de corriente.


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Un armnico determinado, es una perturbacin superpuesta a la onda fundamental que tambines una onda sinusoidal, pero de distinta frecuencia de pulsacin y con valores de amplitudmenores a esta. En nuestras redes elctricas, el periodo (T) de la seal es de 20 (ms).

Los armnicos tienen la propiedad de que su periodo de pulsacin es siempre menor al de lafundamental, y adems, se repite un nmero entero de veces dentro de dicho periodo (menorperiodo = mayor frecuencia). Segn el nmero de veces que el armnico "quepa" dentro delperiodo fundamental, as se denominar el armnico.


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En una red elctrica pueden coexistir un nmero infinito de estos armnicos, todos superpuestos,

dando como resultado de sus acciones una onda peridica no sinusoidal que denominamosdistorsin armnica.

Cada uno de los armnicos tiene un nombre que lo caracteriza ( segundo, tercer, cuarto, etc.).una frecuencia ( 100hz, 150hz, 200hz, .. ) y una secuencia de giro (positiva, negativa o cero ). Enlos sistemas de corriente alterna en estado normal, la forma de onda de la seal presentacaractersticas simtricas , es decir , la amplitud del semiciclo positivo es igual a su semiciclonegativo; esto implica que en la seal no exista la denominada componente continua . ( el valorpromedio de la seal es igual a cero ).

ELPROBLEMA DE LAS ARMNICAS EN SISTEMAS ELCTRICOS Y SUS EFECTOS

Un sistema elctrico ideal debe proporcionar un voltaje con las siguientes caractersticas :1. Amplitud constante

2. Forma de onda sinusoidal3. Frecuencia constante4. Simetra en el caso de red trifsica

Bajo estas condiciones, las mquinas y equipos elctricos conectados a este sistema nodebieran presentar un comportamiento anormal y deberan funcionar tal como se espera en sudiseo. Sin embargo, un sistema elctrico real no cumple con las caractersticas idealesmencionadas anteriormente. En la prctica, las redes elctricas presentan una serie dealteraciones o perturbaciones que alteran a la calidad del servicio, dentro de las cuales destacan:

Variaciones de frecuencia

Variaciones de la amplitud del voltaje (flicker)


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Sobretensiones

Asimetras entre las fases

Deformaciones en voltajes y corrientes => Armnicas

El origen del problema est en la presencia de cargas no lineales dentro del sistema elctrico.Estas cargas no lineales provocan la circulacin de corrientes no sinusoidales, que pueden serconsideradas como la superposicin de corrientes de diferente frecuencia . Las corrientes dediferente frecuencia provocan cadas de voltaje de frecuencia distinta de 50 Hz, en la reactanciade corto circuito X. Esto origina, en definitiva, que el voltaje en la barra (VB) se distorsionaafectando a los otros consumidores y a la misma carga no lineal.

Dentro de las cargas no lineales, destacan como generadores de armnicas los convertidoresestticos y los hornos de arco. Lamentablemente, las armnicas producen efectos negativos en

los equipos y en los sistemas elctricos y electrnicos, empeorando su operacin.

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA DE LAS ARMNICASEn las ltimas dcadas, las empresas elctricas y los usuarios se han visto enfrentados a lanecesidad de optimizar sus procesos para mejorar la eficiencia en el uso de la energa elctrica.El aumento en la eficiencia se ha conseguido mediante la incorporacin masiva de ConvertidoresEstticos, para controlar y transformar la energa elctrica. Los convertidores estticos hansido en gran medida responsables de los grandes avances en la automatizacin de losprocesos industriales. Sin embargo, estos equipos se caracterizan porque demandancorrientes no sinusoidales de la red, originando distorsiones en las tensiones y corrientes.En la actualidad, se observa que el uso industrial de los convertidores estticos sigue

aumentando y con ello incrementan los problemas asociados a las corrientes no sinusoidales.Esta es la razn de porqu se ha producido un gran inters en el problema de las armnicas enredes elctricas.

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA DESDE UN PUNTO DE VISTA TCNICODesde el punto de vista tcnico, las armnicas producen una serie de efectos negativos, los quepueden ser resumidos en : AUMENTO DE PRDIDAS EN REDES Y EN EQUIPOS ELCTRICOS DISMINUCIN DE LA VIDA TIL DE LOS EQUIPOS PRDIDA DE CALIDAD Y DE CONFIABILIDAD DE LA INSTALACION ELCTRICA

IMPORTANCIA DEL PROBLEMA DESDE UN PUNTO DE VISTA ADMINISTRATIVO,COMERCIAL Y LEGALLa experiencia ha demostrado que son los aspectos no tcnicos los que ms impulsan a lasempresas a preocuparse del problema de las armnicas. Bajo aspectos no tcnicos se entiendelos ADMINISTRATIVOS, COMERCIALES y LEGALES.

OBJETIVOS GENERALES DE UN ESTUDIO DE ARMNICASEl procedimiento especfico para estudiar un problema de armnicas, depender de los objetivosdel estudio. Los objetivos ms usuales considerados en este tipo de estudio, son :

- Evaluar el grado de contaminacin armnica existente en una red.- Evaluar el impacto que tendr sobre el sistema la introduccin de una nueva carga

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