Los transitorios oscilatorios son fluctuaciones temporales de voltaje o corriente causadas por rayos, operaciones de conmutación o cambios repentinos en la carga. Pueden dañar el equipo y provocar inestabilidad y cortes de energía. Para gestionarlos, necesitamos comprender sus características, orígenes e impacto en la calidad de la energía. De esta manera, podemos garantizar la estabilidad, confiabilidad y rendimiento óptimo de las redes eléctricas durante eventos transitorios dinámicos e impredecibles.
Comprender los transitorios oscilantes
Comprender los transitorios oscilantes es crucial en muchas áreas de la ciencia y la ingeniería. Estos transitorios se refieren a las perturbaciones o fluctuaciones temporales observadas en sistemas oscilantes antes de que se alcance un comportamiento de estado estable. Al estudiar estos transitorios, los investigadores pueden obtener información sobre el comportamiento dinámico de sistemas complejos y analizar su respuesta a perturbaciones externas.
Definición y propiedades
Los transitorios oscilatorios son fluctuaciones rápidas y de corta duración en el voltaje o la corriente en los sistemas de energía eléctrica. Estos transitorios exhiben oscilaciones de alta frecuencia causadas por diversos factores, como rayos, operaciones de conmutación o conexiones y desconexiones de carga. Por lo general, duran desde unos pocos microsegundos hasta milisegundos y pueden afectar significativamente la calidad de la energía.
Un transitorio oscilatorio (periódico) puede ser un cambio de frecuencia violento, fuera de la red y en estado estable de voltaje, corriente o ambos, cada uno con polaridad positiva o negativa.
Un transitorio oscilatorio implica un voltaje o corriente cuyos valores instantáneos cambian rápidamente de polaridad. Está delimitado por frecuencia predominante, rango y tamaño. Estas subclases de frecuencia predominantes se enumeran en la siguiente tabla: baja, media y alta. Las series de frecuencias para estas disposiciones se seleccionan para superponer formas comunes de sensaciones oscilatorias transitorias en la red eléctrica.
Orígenes y fuentes
- Efectos de los rayos : los rayos directos o indirectos pueden introducir picos de voltaje de alta energía en los sistemas eléctricos.
- Conmutación transitoria : La conmutación rápida de circuitos, como abrir o cerrar disyuntores, puede provocar transitorios debido a cambios abruptos en la corriente o el voltaje.
- Transitorios de carga : la conexión o desconexión de cargas con altas corrientes de irrupción o cambios repentinos en la demanda de energía pueden provocar transitorios.
Transitorios impulsivos
Un transitorio con un rango de frecuencia primaria entre 5 y 500 KHz y una duración de decenas de microsegundos (o varios ciclos de la frecuencia primaria) se denomina transitorio de frecuencia media. La activación posterior del condensador produce corrientes transitorias periódicas en el rango de decenas de kilohercios, como se muestra en la figura. La conmutación de cables produce transitorios de voltaje periódicos en el mismo rango de frecuencia. Los transitorios de frecuencia media también pueden resultar de una respuesta del sistema a un transitorio impulsivo.
Un transitorio con un componente de frecuencia primaria de menos de 5 Hz y una duración de 0,3 a 50 ms se considera un transitorio de baja frecuencia. Este tipo de fenómeno ocurre con frecuencia en los sistemas de distribución y subtransmisión de servicios públicos y es causado por muchos eventos. El más común es la activación de un banco de capacitores, que normalmente resulta en un transitorio de voltaje periódico con una frecuencia primaria entre 300 y 900 Hertz. El nivel de voltaje se aproxima a 2,0 Hz. Sin embargo, dependiendo de la amortiguación del sistema, normalmente es de 1,3 a 1,5 Hz con una duración de entre 0,5 y 3 ciclos. El sistema de distribución puede presentar oscilaciones o transitorios con frecuencias primarias inferiores a 300 Hz. Generalmente están asociados a ferroresonancia y activación de dispositivos eléctricos. Los transitorios con condensadores en serie también pueden entrar en esta categoría. Ocurren cuando el sistema reacciona con elementos oscilantes de baja frecuencia en la corriente de entrada del dispositivo eléctrico (segundo y tercer armónico) o cuando condiciones inusuales conducen a ferroresonancia.
También es posible explicar los transitorios (y otras perturbaciones) en términos de su modo. Un transitorio en un sistema trifásico con neutro separado es un modo común o un modo normal, dependiendo de si ocurre entre línea o neutro y tierra o entre línea y neutro.
Efectos de los transitorios oscilantes
- Daños al equipo Los transitorios oscilantes pueden causar daños en el aislamiento, fallas en los semiconductores y deterioro de componentes electrónicos sensibles. Dispositivos como motores, transformadores y dispositivos electrónicos son particularmente vulnerables a los daños causados por estos transitorios.
- Inestabilidad del sistema Los transitorios pueden provocar caídas de tensión, picos de tensión o fluctuaciones de frecuencia y pueden desestabilizar la red eléctrica. Esta inestabilidad puede provocar fallos en cascada, fluctuaciones de tensión y mal funcionamiento en equipos sensibles.
- Deterioro de la calidad de la energía Los transitorios oscilantes contribuyen a problemas de calidad de la energía, tales como: B. distorsión armónica, ondulación de voltaje y distorsión de la forma de onda. Estos efectos pueden afectar el rendimiento del dispositivo y provocar ineficiencias y mal funcionamiento.
Reducción de transitorios oscilantes.
- Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD): la instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones en ubicaciones estratégicas de la red eléctrica puede disipar el exceso de energía transitoria y proteger el equipo contra daños.
- Filtrado y acondicionamiento: el uso de filtros y dispositivos de acondicionamiento de voltaje puede mitigar los efectos de los transitorios al suprimir componentes de alta frecuencia y suavizar las fluctuaciones de voltaje.
- Conexión a tierra y conexión Los procedimientos adecuados de conexión a tierra y conexión ayudan a disipar la energía transitoria y minimizar el riesgo de picos de voltaje o daños al equipo.
- Relés de protección y disyuntores: la implementación de relés de protección y disyuntores de respuesta rápida puede detectar y responder a eventos transitorios, aislando las áreas afectadas y previniendo daños mayores.
- Educación y capacitación: al promover la concientización y la capacitación sobre problemas de calidad de la energía, incluidos los transitorios parpadeantes, los operadores y el personal de mantenimiento pueden identificar, analizar y gestionar de manera efectiva los problemas relacionados con los transitorios.
Tendencias y desafíos futuros
- Creciente complejidad de los sistemas de energía Con la integración de fuentes de energía renovables, almacenamiento de energía y tecnologías de redes inteligentes, los sistemas de energía se están volviendo cada vez más complejos, creando nuevos desafíos en la gestión y mitigación de transitorios parpadeantes.
- Resiliencia de la red y mitigación de interrupciones Los esfuerzos de investigación y desarrollo se centran en mejorar la resiliencia de la red a través de técnicas avanzadas de detección y mitigación de interrupciones, como el uso de sensores avanzados, monitoreo en tiempo real y análisis predictivos.
Conclusión
Para garantizar la estabilidad y confiabilidad de las redes eléctricas, es esencial controlar el rango de transitorios oscilantes en la calidad de la energía. Comprender los orígenes, los efectos y las estrategias de mitigación de estos transitorios es fundamental para proteger los equipos, mantener la estabilidad del sistema y garantizar altos estándares de calidad de la energía. Al implementar medidas de mitigación adecuadas y mantenerse a la vanguardia de los desafíos emergentes, los operadores e ingenieros de la red pueden gestionar de manera efectiva la gama de transitorios oscilantes, lo que resulta en sistemas de energía más resilientes y eficientes.
