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B O L E T IN
Evento
La CNFL es una empresa de distribución eléctrica que concentra en un 2 % de todo el territorio de Costa Rica, aproximadamente el 40%
de la demanda nacional (ver Imagen 1), lo cual representa una fortaleza operativa por la flexibilidad de respaldos desde diferentes
subestaciones del Sistema Eléctrico Nacional, potenciando de este modo los respaldos del servicio eléctrico en casos de contingencias
de alto impacto en una subestación.
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23
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11
10
7
2
Además, cuenta con dos medios principales para
transportar la energía eléctrica desde cualquiera de sus 30
subestaciones hasta cada uno de sus clientes en circuitos de
media tensión en niveles de 13,8 kV ó 34,5 kV: una forma
es por medio de circuitos que utilizan canalizaciones
subterráneas y que abarcan el 20% (24 circuitos) de la
totalidad de los circuitos de media tensión y la otra forma
es por medio de una red aérea que utiliza postes para
soportar los conductores eléctricos de los circuitos de
distribución y que representan el 80% restante (97
circuitos).
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8
9
6
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13 16
15
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1
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8
San José.
Escazú
Desamparados
Aserrí
Mora
Goicoechea
Santa Ana
Alajuelita
(San Francisco
y Barreral)
10 Tibás
17 Heredia
18 Barva
11 Moravia
19 Santo Domingo
12 Montes de Oca
20 Sata Bárbara
21 San Isidro
22 Belén
9 Vásquez de Coronado
13 Curridabat
Segundo,
14 Alajuela (Río
Guácima, San Rafael)
15 Cartago (Llano Grande)
23 Flores
16 La Unión
Imagen 1. Área Servida CNFL por cantones.
Por su naturaleza, el sistema de distribución aéreo es
mucho más vulnerable y está expuesto a una serie de
eventos que la CNFL no puede controlar como por
ejemplo: descargas atmosféricas, caída de árboles sobre
líneas energizadas, choque de vehículos contra postes de
la red eléctrica, entre otros eventos que ocasionan salidas
o variaciones en la tensión de alimentación que reciben los
clientes de la empresa (ver imagen 2).
Imagen 2. Eventos externos que afectan el Sistema de Distribución.
1.
Causas Internas
Existen otros eventos que son ocasionados al realizar maniobras en la red de distribución para poder ejecutar reparaciones o respaldos
en el sistema eléctrico producto de accidentes o eventos fuera del control de la CNFL, con el fin de minimizar la cantidad de abonados
afectados por el problema. A continuación se detallan las consecuencias de los eventos típicos en un sistema de distribución eléctrica
aérea:
Fallas de aislamiento
Fallas a tierra ocasionando la operación de las protecciones de MT,
provocando la pérdida de la tensión de alimentación.
Fallas en conductores
Pérdidas de fase para el cliente y daño de equipo trifásico.
Fallas en puntos de conexión,
tranformadores de distribución y potencia.
Variaciones o intermitencia en la tensión de alimentación, salidas totales o
pérdidas de circuitos de distribución y de baja tensión.
Apertura y cierre de interruptores de
líneas, cuchillas y fusibles
Generación de tensiones transitorias y pérdida de la tensión de alimentación
durante las operaciones de apertura.
Conmutación de bancos de
capacitores en subestaciones
Causas Externas
Rayerías
Generación de tensiones transitorias.
Tensiones transitorias.
Vegetación
Ausencia total o parpadeos de la tensión de alimentación ocasionados por
ramas que caen sobre las líneas de MT que provocan una avería o contacto
momentáneo generando una falla a tierra de alta impedancia y la operación de
interruptores de MT.
Postes quebrados, robo de neutro y
puestas a tierra
Variaciones de tensión generados por la ausencia del neutro del sistema o
cortocircuitos, salida total o parcial del circuito de MT por cortocircuitos
ocasionados por postes quebrados, daño de equipo eléctrico por ausencia de la
puesta a tierra en los sistemas de pararrayos.
Vientos fuertes y sismos
Cortocircuitos que ocasionan reducciones en la tensión de alimentación así
como el disparo de las protecciones de MT. Pueden ocasionar incluso daños
parciales o totales en las líneas de MT y pérdidas totales de tensión.
Animales silvestres
Fallas en conductores y puntos de conexión, fallas a tierra ocasionando la
operación de las protecciones de MT, provocando la pérdida de la tensión de
alimentación.
Sistema Nacional Interconectado
Salidas de circuitos de MT de CNFL ocasionadas por eventos a nivel de la red
de transmisión del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE).
MT = Media tensión
Por otro lado, la propagación en el uso de la electrónica de potencia y de los sistemas de control para procesos industriales han
permitido mejorar la eficiencia y por lo tanto, reducir el consumo de energía, pero al mismo tiempo han introducido nuevas variables al
juego como la contaminación de la red eléctrica ocasionada por la generación de corrientes armónicas y tensiones transitorias.
2.
Curvas de Tolerancia
Los equipos de control y procesamiento de datos son cada vez más precisos y de menor consumo energético pero al mismo tiempo
demandan una mejor calidad de la energía eléctrica. Los fabricantes deberían entregar junto con sus equipos electrónicos y de control,
una curva de tolerancia que permita al usuario determinar las condiciones óptimas de su operación antes de ponerlo en funcionamiento.
Estas curvas de tolerancia como la curva ITIC (Information Technology Industry Council) desarrollada en los años 90 para equipo de
cómputo alimentado a 120 V, le proporcionan al usuario información detallada sobre las variaciones de tensión, en función de su magnitud
y duración, que no afectan el desempeño del dispositivo y por lo tanto, no detendrán su proceso productivo. En la curva de la imagen
N°3 todos aquellos eventos que se ubiquen fuera de la zona verde, representan fenómenos que pueden ocasionar problemas de
funcionamiento. Es importante acotar que los equipos regulados por esta curva pueden permitir altos valores de tensión siempre y
cuando su duración sea corta, como se puede apreciar en la Imagen N°3, en donde una sobretensión podría alcanzar un valor máximo de
hasta 250% del valor de la tensión nominal de alimentación del equipo siempre y cuando su duración sea inferior a los 0.0005 segundos.
400 -
300 250 200 150 100 -
Regió Admisible de Operación
Variación de Tensión (%Un)
350 -
Sobretensión
Variaciones
de tensión
50 0-
Tensión Nominal +- 10
Límite Sobre-Tensión
Tensión Nominal + 10
-50 -100 0.0001
0.001
0.0005
0.01
0.1
1
10
100
1000
Duración del Evento (s)
Imagen Nº3. Curva ITIC para equipo electrónico.
El fabricante es quien debe suministrar estas curvas al usuario final pues deberá someter a su equipo a un procedimiento de pruebas
debidamente normadas para determinar la duración y magnitud de los eventos de tensión que pueden ocasionar problemas de
funcionamiento.
3.
El cliente también podría determinar parcialmente, con la ayuda de un analizador de calidad de energía, documentando y vinculando las
salidas de operación de su proceso, cuales son los eventos que ocasionan problemas de funcionamiento y con esta información, seleccionar
una protección adecuada a sus necesidades (regulador de tensión, supresor de transitorios, etc).
Variaciones de tensión de larga duración
La normativa técnica de la ARESEP AR-DTCVS, determina las variaciones de tensión permitidas para las distribuidoras de todo el país.
Dicha norma cita en el Numeral 2.4:
“En condiciones normales de explotación, para cada periodo de una semana (7 días consecutivos), el 95 % de los valores eficaces de la
tensión de servicio (Vs), promediados en diez minutos, deben situarse en el intervalo normal indicado en el numeral 2.3.”
Tipo de sistema
Normal (V)
Tolerable (V)
V min
V máx
V min
V máx
Monofásico bifilar 120
114
126
110
127
Monofásico trifilar 120/240
114/228
126/252
110/220
127/254
Trifásico 120/208, estrella
114/197
126/218
127/220
Trifásico 277/480, estrella
263/456
110/191
Intervalo
291/504
254/440
293/508
Trifásico 240, delta
228
252
220
254
Trifásico 480, delta
456
504
440
508
Tabla N°1. Intervalos Normal y Tolerable del Valor de Tensión de Servicio.
Numeral 2.3 de la Norma Técnica AR-DTCVS, de la Autoridad Reguladora de los Servicios Públicos.
Esta normativa evidencia que para una empresa distribuidora y por la naturaleza del sistema de distribución en nuestro país, el cual como
ya se indicó es principalmente aéreo, es normal que existan variaciones en la tensión de alimentación de los clientes, siempre y cuando
se cumpla con lo indicado en la Tabla N°1.
Variaciones de tensión de corta duración
Podemos encontrar tres eventos característicos en los sistemas eléctricos:
SWELLS: Corresponde a un incremento en la forma de onda de la tensión alterna del sistema eléctrico a la misma frecuencia (60Hz) y
con duraciones entre 0,00832 y 60 segundos. El nivel de tensión puede variar entre el 110% hasta el 180% de la tensión nominal,
dependiendo de la duración del evento. Un evento SWELL con una duración superior a los 60 segundos recibe el nombre de
sobretensión. Ver imagen N°1. Algunos síntomas: monitores tipo CRT (de tubos de rayos catódicos) y lámparas incrementan su salida
luminosa de forma temporal, componentes de fuente de poder quemados, marcas de quemaduras en tarjetas y componentes.
4.
SAGS: Corresponde a una disminución en la forma de onda de la tensión alterna del sistema eléctrico a la misma frecuencia (60Hz) y con
duraciones entre 0,00832 y 60 segundos. El nivel de tensión puede variar entre el 10% y el 90% de la tensión nominal. Un evento SAG
con una duración superior a los 60 segundos recibe el nombre de baja tensión. Ver imagen N°1.
Algunos síntomas: los motores reducen su velocidad o se detienen por completo (dependiendo de la magnitud y duración del SAG), los
computadores se bloquean y deben ser reiniciados, los monitores tipo CRT (de tubos de rayos catódicos) y las lámparas disminuyen su
salida luminosa o parpadean y los procesos productivos pueden detenerse por completo.
Los SAGS corresponden a la mayoría de los fenómenos registrados en la red eléctrica, respecto a los SWELLS. Los SAGS y SWELLS
pueden ser generados tanto interna como externamente y son perceptibles al ojo humano. Son también conocidos como parpadeos y
son fáciles de identificar pues cuando un fenómeno de este tipo se presenta, se nota en la intensidad de los sistemas de iluminación
(especialmente si son del tipo incandescente) sin que exista un corte total de energía.
Los eventos de esta naturaleza que provienen del exterior pueden ser ocasionados, por ejemplo, por fallas a tierra momentáneas de
alta resistencia provocadas por ramas de árboles que entran en contacto con las líneas de media tensión, o por fallas de cortocircuito
a nivel de circuitos de media tensión que afectan la tensión de todos los circuitos conectadas a un mismo punto de alimentación en la
subestación eléctrica.
Los eventos internos se deben a la puesta en marcha de cargas eléctricas que demandan grandes cantidades de corriente durante su
arranque como, por ejemplo, motores eléctricos o impresoras láser, debido a la caída de tensión que se da en los conductores eléctricos
de los circuitos ramales y que afectan principalmente, a todos los equipos alimentados de ese mismo circuito.
Una de las recomendaciones más comunes consiste en la instalación de circuitos ramales exclusivos para las cargas que demandan altas
corrientes o incrementar el calibre de los conductores utilizados para reducir al máximo la caída de tensión. En la Imagen N°4 se pueden
apreciar gráficamente ambos fenómenos SAG y SWELL en un circuito de 120 V nominales.
SWELLS
NORMAL
+120V
RMS
Tensión
SAG
SAG
-120V
RMS
NORMAL
SWELLS
Tiempo
Imagen Nº4. Variaciones de tensión SAGS y SWELLS
5.
+120V
RMS
-120V
RMS
Transitorios: El tercer tipo de evento que se puede identificar en un sistema eléctrico corresponde a los transitorios de tensión. Estos
fenómenos tienen la característica de ser eventos mucho más rápidos que los SAGS y SWELL y además, no ocurren a la misma
frecuencia del sistema eléctrico de 60Hz, pues son eventos de alta frecuencia (en el orden de los 0.000001 segundos) e
imperceptibles por el ojo humano (ver Imagen N°5).
Estos fenómenos pueden ocasionar daño de forma instantánea o de forma acumulativa hasta que un equipo falla sin razón aparente,
dependiendo de la cantidad de energía contenida en el evento. Hay dos fuentes principales de tensiones transitorias:
Descargas atmosféricas directas e indirectas.
Operaciones de conmutación como por ejemplo entrada y salida de bancos de capacitores en subestaciones eléctricas.
425
Tensiones Transitorias
340
255
Tensión (V)
170
85
0
-85
-170
-255
-340
-425
0
85
170
255
340
425
510
595
680
765 850
Tiempo (s)
Imagen N°5. Ocurrencia de transitorios en la onda de tensión.
Recomendaciones
Para la protección contra tensiones transitorias generadas externamente es necesaria la colocación de supresores de tensiones
transitorias para reducir la posibilidad de que un evento externo produzca daños a equipo sensible. Sin embargo, no basta colocar un
solo supresor en el tablero o interruptor principal ya que la operación normal de muchos de los equipos del cliente van a generar
también tensiones transitorias a nivel de subtableros. Por lo tanto, la recomendación es colocar un sistema de supresión en cascada
(tablero principal, subtableros y carga) que permita recortar las tensiones transitorias hasta niveles que no sean dañinas para los
equipos.
6.
Para minimizar los efectos nocivos de las variaciones de corta duración, principalmente en los procesos de control, es necesario
proporcionar a los equipos de control un suministro estable de tensión con variaciones que estén por debajo de lo que lo equipos
permiten y que no comprometa la integridad de la parte de potencia de la máquina o proceso. En este sentido, es posible
contemplar la adquisición de reguladores de tensión única y exclusivamente para la parte de control de una máquina o proceso.
El cliente debe asegurarse de contar con un buen sistema de puesta a tierra que asegure la correcta operación de sus sistemas de
protección así como la correcta operación de los equipos sensibles. En ese sentido debe conocer con detalle la ubicación de las
cajas de registros de los electrodos de puesta a tierra, la configuración del sistema, la interconexión entre diversos sistemas para
asegurar la equipotencialidad de los elementos, debe conocer el valor de la resistencia original del sistema y debe realizar
mediciones de mantenimiento de forma anual para asegurarse que el valor de diseño se encuentra dentro del valor permitido y en
caso contrario, realizar los mantenimientos y correcciones que correspondan.
Dirección Estrategia y Desarrollo de Negocios
Unidad Sostenibilidad - Área Eficiencia Energética
7.