Código de Red: Calidad de la Potencia (Parte 3: Desbalance)

Fig. 1: Porcentajes de Desbalance de Tensión y Corriente obtenidos durante una medición de Calidad de la Potencia realizada con un Analizador de Energía marca DRANETZ en un Centro de Carga de Media Tensión.

Para concluir con el tema de Calidad de la Potencia como parte del Manual Regulatorio del Código de Red, se desarrollan a continuación unos aspectos importantes acerca de la manera de evaluar esta tercera sección para lograr el cumplimiento al 100% de este requerimiento 3.8 que corresponde al Desbalance de Tensión y Corriente, pero ¿De qué se trata el Desbalance?, comúnmente llamado también Desequilibrio entre Fases. 

El desbalance, tanto de tensión como de corriente, se considera cuando los fasores son desiguales en relación a su magnitud, así como cuando la separación angular entre ellos se aparta de los 120° entre sí. Dada esta definición, el desbalance se produce en los sistemas eléctricos trifásicos y este dependerá siempre de las cargas que son alimentadas, variando por el tipo de alimentación de cada una de ellas (cargas monofásicas), así como también por el tipo de cargas que sean (cargas no lineales). 

Los problemas relacionados con estas inconsistencias de la energía eléctrica son principalmente: sobrecalentamiento de las terminales y/o puntos de conexión de los conductores y alimentaciones a las distintas cargas que se tengan en el sistema, esquemas de protección que pueden llegar a dispararse de manera incorrecta y también se puede tener circulación de corriente por el conductor neutro. De manera general, el desbalance provoca pérdidas adicionales por calentamiento y para el caso de los motores de inducción trifásicos que son muy usados por los Centros de Carga de Media y Alta Tensión, involucra una disminución en la eficiencia que, de acuerdo con la norma IEEE-1159, un desbalance de 3.5% en la tensión podría resultar hasta en un 25% de aumento en el calentamiento de algunos de éstos, impactando de manera directa en la producción de un proceso y en la confiabilidad de los equipos. 

En la mayoría de los casos, el desbalance de corriente, así como de tensión es provocado por instalaciones eléctricas deficientes, dejando como principal evidencia un incorrecto balanceo de cargas monofásicas como lo suelen ser los sistemas de iluminación 480-277 V o circuitos de alimentación de 127-220 V donde la principales cargas suelen ser computadoras, aires acondicionados, entre otros equipos electrónicos, que en lugar de realizarse mediante un estudio de diseño de los cuadros de carga, todo el sistema de iluminación o en su gran mayoría suele alimentarse, por ejemplo, de una o incluso dos fases. Obteniendo como resultado que la diferencia entre las magnitudes de cada una de ellas sea lo suficientemente grande que sobrepasen los límites de porcentajes permitidos en el Código de Red. 

En algunas ocasiones, el mal funcionamiento de elementos como los Variadores de Velocidad o Drives (CA-CD) provoca un desbalance de corrientes y de tensión en el sistema eléctrico, debido al deterioro de sus componentes de electrónica de potencia. 

Esta parte del Requerimiento 3.8 es evaluada por las tablas 3.8.E “Desbalance Máximo permitido en la corriente en el punto de la Acometida” y 3.8.F “Desbalance Máximo permitido en la tensión en el punto de la Acometida”, donde en ambos casos, se hace referencia a la especificación CFE L0000-45 “Desviaciones permisibles en las formas de onda de tensión y corriente en el suministro y consumo de energía eléctrica”. 

En el caso del porcentaje de Desbalance de Corriente, se evalúa de la misma manera en la que se realiza la Distorsión Armónica, considerando  la Impedancia Relativa del sistema eléctrico (Icc/IL) así como también el nivel de tensión nominal en el que se encuentre alimentado. 

Para la parte de Tensión solo se toman en cuenta 2 niveles, menor a 1 kV donde el desbalance máximo es de 3%; y mayor o igual a 1 kV, donde el desbalance no puede rebasar el límite de 2%. 

Existen diferentes soluciones para corregir los problemas ocasionados por un alto porcentaje de desbalance dentro del sistema eléctrico, lo principal es realizar un balanceo de cargas para distribuir la energía de manera uniforme en las 3 fases, en casos donde los niveles de desbalance sean muy superiores, la implementación de filtros de armónicas activos tienen la capacidad de corregir el desbalance entre las fases eliminando la corriente circulante por el neutro, logrando con ello solucionar de manera precisa los problemas de Calidad de la Potencia. 

Acerca del Autor: 

Ing. Victor Guevara Del Ángel 

Ingeniero Electricista 

Ingeniero Analista de Sistemas Eléctricos Industriales en Radthink SA de CV. 

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