Taller 15: Relés de mando

¿Que significa asimetría en una red de corriente trifásica?

La forma usual de la red es generalmente el sistema de corriente trifásica con 440V (imagen 1), el cual está constituido de tres tensiones alternas, desplazadas temporalmente por 120° eléctricos (imagen 2).

Las tensiones de fase de UL1-N, UL2-N, UL3-N forman las tensiones UL1-L2, UL2-L3, UL3-L1, que también se llaman tensiones de línea. Las tensiones son representadas en un diagrama fasorial y dan por resultado un triángulo equilátero (imagen 3). Esta manera de representación, es generalmente la usual, en la electrotecnia para visualizar las sinusoides de manera fácil y clara. Las tres tensiones hacia el punto central del transformador forman las tensiones UL1-N, UL2-N, UL3-N y se puede dibujar en forma de un triángulo equilátero.

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Bajo operación normal, todas las amplitudes de las tensiones en el sistema de corriente trifásica son iguales y se muestran en forma de un ángulo de separación de 120 grados. En el caso de una discrepancia de esta forma se habla de una asimetría. ¿De qué manera repercutirá esto en los consumidores? Esto será descrito más tarde.

Se puede distinguir dos causas de asimetría:

Primera causa: Debajo de la suposición de una red rígida, en otras palabras tensiones de línea constantes, las tensiones en estrella pueden cambiar (punto de medición A), sin cambiar la simetría de las tensiones de línea (imagen 4). Esto es la causa de una carga asimétrica en conexión en estrella y un conductor neutro interrumpido, en otras palabras, el neutro del arrollamiento del transformador abierto (imagen 1a).

Segunda causa: Si las tensiones de los conductores de línea cambian, resulta un cambio de las tensiones en estrella (imagen 5). Esto sucede por ejemplo con consumidores como motores y con pérdida de una fase (imagen 1b). Los bobinados del motor U, V inducen en el bobinado abierto W una tensión que no corresponde a la tensión de la red original. Por eso el sistema de corriente trifásica es asimétrica detrás de los cortocircuitos al punto de medición B. Se habla de una retroalimentación.

Para lograr una asimetría en la red, las tres tensiones de fase deben ser medidas en el primer caso contra el neutro del arrollamiento (conductor neutro N) y comparadas una contra la otra. Las más pequeñas diferencias de tensión causan una asimetría. Eso se define como:

Formula 1:

En el segundo caso es suficiente comparar las tensiones de línea de los conductores y averiguar la asimetría – según la formula 1.

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Las consecuencias de una asimetría
en red de corriente trifásica
Continuación de Taller 15

1. Interrupción del conductor neutro

Primero se explicará el caso de un conductor neutro abierto. Como lo muestra la imagen 4 en el taller 15, las tensiones en estrella pueden llegar a un valor altamente peligroso, en el caso extremo hasta la tensión de línea. Tales sobretensiones son la consecuencia de una asimetría fuerte como ocurre en el ámbito privado e industrial. Los aparatos eléctricos utilizados, son en su mayoría consumidores monofásicos de diferente consumo de energía. Es fácil de comprender que los consumidores se pueden dañar o destruir.

Por ejemplo se realiza la distribución de las 3 fases a los consumidores muy cuidadosamente. Sin embargo no se puede evitar en el uso cotidiano de cargas monofásicas que conforman cargas altamente asimétricas. Una carga asimétrica fuerte puede ser: lavadora (2000 W) conectada en la fase L1, bombillos (100 W) en la fase L2 y una radio (20 W) en la fase L3 (imagen 6b).

Bajo uso normal los consumidores trabajan con una tensión nominal correcta de 110V. En el caso de que por descuido no se ha conectado el conductor neutro después de obras en la instalación y se pone bajo carga, las tensiones de consumidores pequeños aumentan fuertemente. En nuestro ejemplo se dañara la fuente de alimentación de la radio y se queman los bombillos. La meta debe ser que un relé detecta las mínimas asimetrías y apaga el circuito antes de que resulten situaciones peligrosas.

Para el reconocimiento a tiempo los relés tradicionales de sobretensión o mínima tensión no son apropiados. Para diagnosticar una asimetría de 5% solamente mediante relés de tensión por ejemplo, adecuado a Formula 1 del Taller 15 tienen que ajustarlos a un valor de 2.5% de tensión mínima o máxima. Esto no es razonable porque con una mínima tensión de sólo 2.5% no hay necesidad de desconectar.

El instrumento de medición apropiado de DOLD es el supervisor de neutro vigilante IL9069 que diagnostica la asimetría de tensiones en estrella. Como ya mencionado, las tensiones en estrella pueden tener valores altamente peligrosos en caso de falla, el relé tiene que ser apto para estos casos extremos para evitar daños en si mismo. La imagen 6a es un ejemplo como el supervisor de neutro IL9069 puede proteger una instalación contra sobretensión.

2. Regeneración

Regeneración, frecuentemente nombrado también Retroalimentación va a ser siempre un problema cuando haya una interrupción en los conductores en alguna parte de la instalación eléctrica. La causa de esta interrupción puede ser un fusible quemado, una ruptura en la conducción o falla de contacto en una conexión (imagen 1b, Taller 15). Pero el responsable de una retroalimentación es un motor trifásico o un transformador. Los motores eléctricos que trabajan a dos fases por regenerativos de una interrupción, tienen la propiedad de regenerar la fase faltante por sí mismo. El valor y el esquema de fases no son conformes con la tensión original de la red. Por esta razón el sistema de corriente trifásico es ahora asimétrico detrás de la interrupción (punto de medición B, imagen 1b). El grado de la asimetría depende del tipo, del tamaño y la situación de carga del motor. Anteriormente se aprovechó de este fenómeno para causar una red trifásica de una red bifásica. Hoy en día, en la era de la electrónica de potencia, ya no es necesario.

Lo problemático es que un funcionamiento monofásico no es reconocido inmediatamente porque los accionamientos siguen trabajando normal por el momento. Tan solo se da cuenta cuando se cambia el estado de uso, pero ya podría ser tarde. Los motores de corriente trifásica en la red trifásica no pueden ponerse en marcha en una red monofásica. Una inversión de movimiento del motor no puede ser causado por frenado con contracorriente, porque el motor sigue rotando en la dirección original. Aún más peligroso resulta el caso de un frenado con contracorriente por razones de seguridad, como por ejemplo con prensas y taladros. Un problema parecido ocurre con grúas y ascensores, cuyos motores se colocan el torque en la dirección contraria, debido al peso de la carga. Para evitar tales situaciones, se puede usar de nuevo los relés de asimetría. Esta vez se requiere aparatos, los cuales comparan las tres tensiones de fase y las controla segun la Formula 1. Igual que con los supervisores de neutro deben ser reconocidas las asimetrías más pequeñas, lo que un relé de tensión normal no es capaz de notar.

La imagen 7 muestra un ejemplo de conexión de motor correcto. Es utilizado un relé de mínimo voltaje con reconocimiento asimétrico integrado IL9071/011. Hay que tener en cuenta que el tramo desde el relé asimétrico hacia el motor no es controlado. Si esto resulta necesario por razones de seguridad, se debe acoplar adicionalmente el relé de mínimo voltaje IP9271 a la conexión de alimentación del motor. Con esta medida el motor es óptimamente protegido contra una falla de fase e interrupciones de corriente.

Nota: Para el reconocimiento asimétrico pudiera ser ideal el relé BA9040

y para el reconocimiento de mínima tensión el relé de control de fractura de conductor AI940.

Por motivos de uniformidades se escogieron relés del tipo I.