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Cambio climático y la importancia
de los supresores de transientes

Los fenómenos atmosféricos y los efectos de algunas operaciones de maniobras (switching, arranque o detención de motores de alta potencia) son los principales responsables de las sobretensiones en las redes eléctricas. ¿Cómo evitar sus consecuencias en la industria? Lo explicamos a continuación.

Los efectos que el cambio climático puede provocar, es un tema de interés para el mundo entero. Conforme a la XXII Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climá- tico (COP22), Chile pasa del lugar 62 a estar entre los 10 países más golpeados por las alteraciones ambientales que afectan al mundo.

No sabemos a ciencia cierta qué nos depara el futuro. Sin embargo, de las investigaciones encargadas por el Ministerio del Medio Ambiente al Centro de Agricultura y Medio Ambiente de la Universidad de Chile, se desprende que si la tendencia no cambia, Chile se convertirá en un país más seco, con una temperatura ambiental mayor y un nivel ceráunico más elevado, es decir, habrá más tormentas eléctricas.

El incremento en el nivel ceráunico es preocupante; de hecho, ya hemos conocido casos extremos ocurridos en el sur, en donde ha habido víctimas por descargas atmosféricas. Estas descargas -conocidas como rayos- producen en los sistemas eléctricos sobretensiones del tipo transitorias, con peaks de corta duración que pueden alcanzar una decena de kilovolt (kV). Aunque son de corta duración, cada descarga contempla una enorme energía, desde los 20 a 30 kA, y en algunos casos hasta los 200 kA, que en definitiva destruyen los equipos eléctricos que se encuentran conectados a las redes.

Las empresas aseguradoras de equipamientos eléctricos manejan un dato estadístico relevante: el 25% de las coberturas por fallos eléctricos corresponde a sobretensiones transitorias. En la industria la tendencia es a pensar en la instalación de pararrayos y, con ello, desviar las posibilidades de ser perjudicados; de hecho, la mayoría de las instalaciones importantes los tienen. Sin embargo, este tipo de protección exterior debe ser acompañada por un sistema de protección interna, más conocido como supresores de transientes, que debe ser instalado en los tableros interiores, ya que ante una descarga atmosférica en el área, las sobretensiones viajan hacia los equipos a través de las líneas de alimentación y de las conexiones de tierra.

Por otra parte, las sobretensiones transitorias no solo pueden ser provocadas por fenómenos atmosféricos, sino también por efectos de operaciones de maniobras, como switching, arranque o detención de motores de alta potencia, siendo estas de menor intensidad que los rayos, pero con la misma posibilidad de provocar daño a las instalaciones.

Los equipos eléctricos son capaces de soportar sobretensiones transitorias dentro de ciertos límites, definidos por la tensión entre fase y tierra a los que serán conectados. Estos se puntualizan en la IEC 61431-1, Anexo G, Tabla G1: Categoría IV, para la entrada a las instalaciones, por ejemplo, soportar impulso de 6 kV; Categoría III, para los tableros de distribución, por ejemplo, soportar impulso de 4 kV; Categoría II, para los tableros de las cargas eléctricas, por ejemplo, soportar impulso de 2,5 kV; Categoría I, aplicada a equipos muy sensibles y especiales, por ejemplo, soportar impulsos de 1,5 kV. Estas categorías corresponden a las cargas que los equipos, al ser diseñados y testeados, deberían ser capaces de soportar; pero ¿qué ocurre si estos valores son sobrepasados por sobretensiones transitorias del tipo atmosférico o de maniobras? En ese caso, los supresores de transientes serían los encargados de evitar los daños, toda vez que se haya efectuado el análisis correspondiente que permita seleccionarlos entre los diversos tipos. Estos dispositivos tendrán la misión de descargar la energía que de otra manera pudiese dañar a las instalaciones. Dentro de una instalación industrial, uno de los lugares más críticos donde debemos poner atención en lo que llamamos “disponibilidad de proceso” es en los Centros de Control de Motores o CCM, los cuales deben ser diseñados para soportar los fenómenos de transientes ya descritos.


Buenas prácticas para la configuración de CCM

Dentro de las buenas prácticas para la configuración de un CCM, destaca el hecho de lograr coordinar los diferentes parámetros que lo definen:

1. Nivel de aislamiento: Permite garantizar la coordinación de los aislamientos, de las barras conductoras y de los diferentes componentes o dispositivos eléctricos utilizados, que permiten definir la tensión máxima para el cual el CCM ha sido diseñado, en condiciones normales de operación.

2. Capacidad de corriente: Garantiza que la elevación de la temperatura que experimente el sistema de barras, los arrancadores y el conjunto entero, al ser llevado a sus condiciones de plena carga, considerando una temperatura ambiente máxima de 40°C, no exceda la máxima temperatura permitida por el tipo de aislamiento de las partes que lo integran.

En el mercado, existen supresores de transientes para diferentes requerimientos y aplicaciones.

3. Soporte a las condiciones de cortocircuitos de corta duración: El sistema de barras y sus componentes, tales como los interruptores, contactores y relevadores de sobrecarga, deberán estar capacitados para soportar el nivel de cortocircuito en el punto donde el equipo será instalado, y por un tiempo definido, toda vez que se produzca y sin provocar daños estructurales ni de las componentes.

4. Efectividad de las protecciones: Garantiza las capacidades de corte de los interruptores y su capacidad de cumplir con los ajustes para las protecciones dentro de los valores preestablecidos de cada arrancador, y al mismo tiempo de la operación de los relés de sobrecarga y de fallas a tierra, a los ajustes solicitados.

5. Distancias eléctricas entre fases y fase a tierra y de fuga: Respetar las distancias eléctricas en función de los niveles de aislamientos solicitados, tomando las precauciones necesarias en aquellos casos en donde hay déficit y se requiera de elementos aislantes o separadores adicionales, y en especial si los equipos se instalarán a alturas inusuales desde el punto de vista de las normas; es decir, por sobre los 2.000 metros de altitud.

6. Operaciones mecánicas: Los componentes, como interruptores y contactores, deberán garantizar el número de operaciones mecánicas en condiciones normales de operación.

7. Grado de protección del CCM por contaminación ambiental: La envolvente del CCM deberá estar garantizada para un índice NEMA o un IP determinado, esto es, con relación al ingreso de polvo o partículas de determinadas dimensiones, y de agua, al ser expuesto a caídas de gotas o chorros con diferentes inclinaciones.


Cuando un CCM es construido bajo los estándares ANSI, IEC u otros, significa que su diseño está comprometido con dichos estándares, y la forma de comprobarlo está establecida en ellos bajo el concepto de Ensayos o Pruebas Tipo y de Rutina. Entre ellos, se incluyen pruebas de aislamiento, de calentamiento, de soporte al cortocircuito, ensayos de respuestas de sus componentes, respuesta a operaciones mecánicas y a su grado de penetración de partículas o agua.

Todas estas características que definen a un determinado Centro de Control de Motores deberían ser respaldadas por los proveedores, mediante la entrega de certificados de los ensayos aplicados a los conjuntos o prototipos y a sus componentes. Además, estos certificados deberían ser otorgados por laboratorios autónomos y reconocidos internacionalmente para garantizar así cada uno de los puntos anteriores.


» Por Gustavo Valderrama, Ingeniero Asesor de Proyectos y Equipos Eléctricos de MT y BT.
Artículo gentileza de Phoenix Contact.
www.phoenixcontact.cl
Enero 2018
.......
Comentarios acerca de este artículo
efrain saldias minelco spa (17/02/2018)
muy buen artículo. con el cambio climáticos deberemos tomar las precauciones para proteger nuestra instalación. además, permitanme sugerir medir, registrar o analizar la calidad de suministro que nos entregan las distribuidoras. así lograr una referencia en el futuro. por otro lado, comprobar si nuestro sistema de puesta a tierra SPT cumple con los parámetros adecuados ya que con el paso del tiempo los materiales que lo componen se degradan y pierden sus cualidades. para ambos casos existen en el mercado equipos de alta tecnología que nos pueden ayudar. nosotros contamos con alguno de ellos.
saludos
www.minelco.cl
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