Estadísticamente está comprobado que los
problemas en la red de alimentación eléctrica son causantes de la mayoría
de las pérdidas de datos en los sistemas de procesamiento de la
información.
Me consta y lo he comprobado que también una
instalación mal diseñada, trabajando aun en valores menores a plena carga,
provocará innumerables problemas de mal funcionamiento en los elementos que
la componen y en los dispositivos a ella conectados.
Desde el punto de vista de la instalación
eléctrica afectada podemos distinguir el origen de las fluctuaciones y
perturbaciones como provenientes de fuentes externas presentes en el
Sistema de Distribución de Energía Eléctrica de las producidas por los
equipos pertenecientes a la propia instalación ó fuentes internas.
Fluctuaciones y
perturbaciones en el Sistema de Distribución de Energía Eléctrica
La
energía eléctrica se distribuye a través de un sistema de tensiones
eléctricas trifásico sinusoidal.
Los
parámetros fundamentales del sistema son su forma de onda (debe ser lo más
cercano posible a una sinusoide), su frecuencia (un valor fijo estable) y
el valor pico de la onda de fase (fijo en valor y estable en el tiempo).
Los
sistemas actuales de distribución de energía eléctrica distan mucho de un
modelo ideal presentando variaciones sistemáticas y aleatorias en sus
parámetros.
Estas
fluctuaciones ciclo a ciclo pueden ser provocadas por múltiples causas que
en la jerga común se las conoce por como se manifiestan en el tablero de
entrada. Las mencionaré haciendo una breve referencia a la solución.
·
Corte
de energía. Desaparición
absoluta de la energía eléctrica. Para solucionarlo se debe recurrir a
grupos electrógenos de emergencia trifásicos.
·
Caídas
de voltaje (sag ó dip). Caídas del voltaje nominal durante cortos
períodos. Es el problema de energía más común en las perturbaciones de
energía. La solución es disponer de un Sistema de Alimentación
Ininterrumpida (SAI) trifásico.
·
Bajo
ó alto Voltaje. Es
cuando el voltaje de entrada esta fuera de norma por periodos prolongados.
Generalmente son situaciones de baja tensión, los casos de valores mas
altos que el fijado en la norma son poco frecuentes. Se lo corrige con
equipo Estabilizador de Tensión ó con sistema SAI.
·
Pico
de tensión. Es un fuerte
aumento instantáneo en el valor del voltaje. Este pico tiene
características de impulso en la corriente eléctrica. Es producido por
ejemplo luego de la caída de un rayo en zonas cercanas cuya energía viaja
por las líneas eléctricas o telefónicas (transitorios por descarga
atmosférica) ó en el retorno de la alimentación de energía eléctrica luego
de un corte (transitorios por conmutación). Se soluciona previendo en la
entrada de la instalación sistemas supresores de transitorios con la
inclusión de dispositivos descargadores de corriente y sobretensiones.
Fluctuaciones y
perturbaciones en la instalación provenientes de fuentes internas
La
búsqueda de la excelencia en el diseño, cálculo e instalación de la red
eléctrica contribuirá a minimizar el
efecto de las fluctuaciones y perturbaciones provenientes de fuentes
internas. La presencia de estas anomalías puede afectar el normal
funcionamiento de los dispositivos electrónicos no intercomunicados e impactará
más aún en los sistemas intercomunicados con inteligencia distribuida
(sistemas informáticos y de control).
En
las instalaciones actuales la coexistencia de las redes datos (corrientes
de baja intensidad, señal) y las redes de distribución de energía eléctrica
(transporte de grandes intensidades) es físicamente inevitable por lo cual
es importante considerar las características del ruteo de los cableados.
También deben ser considerados los efectos
relacionados con la compatibilidad electromagnética (CEM) de los equipos, es
decir, la capacidad de un
dispositivo, equipo o sistema de funcionar de manera satisfactoria en su
entorno electromagnético sin introducir perturbaciones en cuanto se halle
en dicho entorno. Los fenómenos producidos por
transitorios, corrientes o campos radiados de alta frecuencia
(AF) afectan la CEM.
Así mismo, el diseño del Sistema de
Puesta a Tierra de la instalación influirá directamente en el correcto
tratamiento de las fluctuaciones y perturbaciones. Lograr la
equipotencialidad de las masas en baja frecuencia (BF) y alta frecuencia
(AF)
garantizará el funcionamiento correcto de los equipos.
Brevemente analizaremos las causas de
las perturbaciones en la forma de onda y las características generales del
sistema de puesta a tierra
Perturbaciones
en la forma de onda producidas por corrientes y tensiones armónicas
La
deformación en la forma de onda sinusoidal puede sobrepasar ciertos
límites en las redes que tienen
fuentes de perturbaciones armónicas tales como: hornos de arco, convertidores
estáticos de potencia, ciertos tipos de alumbrado, etc.
Las
tensiones y corrientes armónicas (transitorias, cíclicas ó estables)
superpuestas a la onda fundamental provocan sobre el equipamiento eléctrico
efectos no deseados de dos tipos:
1.
Efectos
instantáneos
En los sistemas electrónicos, las tensiones
armónicas pueden perturbar los dispositivos de regulación e influir en los
circuitos de conmutación.
Las corrientes armónicas provocaran vibraciones y
ruidos acústicos en los aparatos
electromagnéticos (transformadores, inductancias, máquinas rotativas)
También las líneas de datos situadas paralelamente
a una canalización de distribución eléctrica con corrientes y tensiones
deformadas estarán afectadas por estas perturbaciones.
2.
Efectos
permanentes
El efecto, más importante a largo plazo, producido
por los armónicos son la perdidas por calentamiento. En forma general todo
equipamiento eléctrico (transformadores, motores, cables, etc) sometido a
tensiones o atravesados por corrientes armónicas sufre aumento en sus
pérdidas.
El
alumbrado con lámparas de descarga,
tubos fluorescentes y lámparas fluorescentes compactas es generador
de corrientes armónicas estables. La componente armónica de tercer orden
puede tomar valores significativos hasta llegar a sobrepasar el valor el
valor pico de la fundamental.
Para
limitar las tensiones armónicas de la red a valores aceptables (existen
especificaciones y normas al respecto) se emplean filtros activos y
pasivos. Será necesario considerar la presencia de corrientes armónicas en
el cálculo de la sección y la protección del neutro pues transporta la suma
de las corrientes armónicas de las 3 fases.
Sistemas de
Puesta a Tierra - Características generales
Los Sistemas
de Puesta a Tierra tienen como primer objetivo brindar seguridad a las
personas, proteger las instalaciones y establecer un potencial de
referencia permanente.
El segundo
objetivo es minimizar las perturbaciones electromagnéticas en BF y AF con
el fin de mejorar la calidad del suministro de energía eléctrica.
La
eficiencia del Sistema dependerá de las características geo-eléctricas del
terreno, de la configuración geométrica de los electrodos de puesta a
tierra y de la ejecución física de la instalación eléctrica.
Sin profundizar técnicamente en el análisis y
dentro de los límites de este articulo, se puede decir que para alcanzar el
primer objetivo las características generales del sistema de puesta a
tierra son las siguientes.
La
disposición en su conjunto será eléctricamente continua, sin estar seccionado
en punto alguno para permitir vincular todas las masas de la instalación a
tierra y tendrá la
capacidad de soportar la corriente de cortocircuito máxima
coordinada con las protecciones instaladas en los circuitos.
El medio para conectar las masas a tierra será un
conductor de cobre electrolítico que recorrerá toda la instalación
denominado conductor de protección y cuya sección nunca será menor a
2.5 mm2. El ingreso de este conductor desde la puesta a tierra a la
instalación se hará en el tablero principal.
Todos los tableros dispondrán de una
placa colectora de puesta a tierra con la cantidad suficiente de bornes
adecuados al número de circuitos de salida.
Allí se conectarán todos los conductores de protección de los
distintos circuitos y se realizará también la puesta
a tierra del tablero.
Todos los obstáculos mecánicos metálicos deben
estar conectados eléctricamente
entre sí y al conductor de protección de manera
de asegurar su puesta a tierra.
Para lograr
el segundo objetivo la puesta a tierra debe minimizar los efectos
producidos por el ruido en modo común y el ruido
de tierra (bucles de tierra).
El
ruido
en modo común existe entre los conductores de energía (fase y
neutro) y el cable de tierra que alimenta a los dispositivos. Puede ser
evitado con el uso de transformadores de aislamiento, acondicionadores de
línea o filtros.
El ruido de tierra
existe entre los cables de tierra ó masa de las diferentes piezas de
equipos interconectados (bucles de tierra) y son fuente de problemas para
la CEM.
Podemos decir que bucle de masa
es la superficie comprendida entre un cable funcional (cables de datos, de
control, red de comunicación...) y el conductor o la masa mecánica más
cercana.
A
modo de ejemplo, en los sistemas informáticos interconectados por líneas de
datos cada dispositivo tiene dos conexiones a tierra: el cable común ó de
masa de la línea de datos que conecta al dispositivo con otros equipos (por
ejemplo el cable de red de datos) y el conductor de protección presente
en los cables de alimentación eléctrica de cada dispositivo.
El
ruido de modo común estará presente entre los conductores de energía (fase
y neutro) y el cable de tierra que alimenta a las computadoras. El ruido de
tierra puede existir entre los cables de masa de las líneas de datos que
alimentan a computadoras interconectados.
Las
computadoras independientes, no conectadas a líneas de datos, es posible
que experimenten ruido en modo común pero no estarán afectadas por ruido de
tierra.
Estos
dos problemas son completamente independientes y las protecciones para
reducir el ruido de modo común no corrigen el ruido de tierra.
Entonces
es importante evitar topologías que por longitud, distribución ó
conexionado de los conductores vinculantes de masas puedan generar bucles
de tierra.
Para
el cálculo y diseño del sistema de puesta a tierra existen software
especializados para tal fin, no obstante, será necesario recurrir a
especialistas para lograr óptimos resultados
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