BOLETIN INFORMATIVO

Eventos en la red de distribución

Además, cuenta con dos medios principales para

transportar la energía eléctrica desde cualquiera de sus 30

subestaciones hasta cada uno de sus clientes en circuitos de

media tensión en niveles de 13,8 kV ó 34,5 kV: una forma

es por medio de circuitos que utilizan canalizaciones

subterráneas y que abarcan el 20% (24 circuitos) de la

totalidad de los circuitos de media tensión y la otra forma

es por medio de una red aérea que utiliza postes para

soportar los conductores eléctricos de los circuitos de

distribución y que representan el 80% restante (97

circuitos).

Por su naturaleza, el sistema de distribución aéreo es

mucho más vulnerable y está expuesto a una serie de

eventos que la CNFL no puede controlar como por

ejemplo: descargas atmosféricas, caída de árboles sobre

líneas energizadas, choque de vehículos contra postes de

la red eléctrica, entre otros eventos que ocasionan salidas

o variaciones en la tensión de alimentación que reciben los

clientes de la empresa (ver imagen 2). Imagen 1. Área Servida CNFL por cantones.

San José.

Escazú

Desamparados

Aserrí

Mora

Goicoechea

Santa Ana

Alajuelita

Heredia

Barva

Santo Domingo

Sata Bárbara

San Isidro

Belén

Flores

Vásquez de Coronado

Tibás

Moravia

Montes de Oca

Curridabat

Alajuela

Cartago

La Unión

1

2

345

678

12

34

5

6

7

8

9

11

Imagen 2. Eventos externos que afectan el Sistema de Distribución.

La CNFL es una empresa de distribución eléctrica que concentra en un 2 % de todo el territorio de Costa Rica, aproximadamente el 40%

de la demanda nacional (ver Imagen 1), lo cual representa una fortaleza operativa por la flexibilidad de respaldos desde diferentes

subestaciones del Sistema Eléctrico Nacional, potenciando de este modo los respaldos del servicio eléctrico en casos de contingencias

de alto impacto en una subestación.

12

13

14

15

16

17

10 18

19

20

21

22

23

9

11

1213

14

1516

1017

18

19

20

21

22

23

(Río Segundo, Guácima, San Rafael)(Llano Grande)

(San Francisco y Barreral)

1.

Existen otros eventos que son ocasionados al realizar maniobras en la red de distribución para poder ejecutar reparaciones o respaldos

en el sistema eléctrico producto de accidentes o eventos fuera del control de la CNFL, con el fin de minimizar la cantidad de abonados

afectados por el problema. A continuación se detallan las consecuencias de los eventos típicos en un sistema de distribución eléctrica aérea:

Fallas de aislamiento

Variaciones o intermitencia en la tensión de alimentación, salidas totales o pérdidas de circuitos de distribución y de baja tensión.

Generación de tensiones transitorias y pérdida de la tensión de alimentación durante las operaciones de apertura.

Fallas en conductores

Fallas a tierra ocasionando la operación de las protecciones de MT, provocando la pérdida de la tensión de alimentación.

Pérdidas de fase para el cliente y daño de equipo trifásico.

Fallas en puntos de conexión, tranformadores de distribución y potencia.

Apertura y cierre de interruptores de líneas, cuchillas y fusibles

Generación de tensiones transitorias.Conmutación de bancos de

capacitores en subestaciones

Rayerías

Variaciones de tensión generados por la ausencia del neutro del sistema o cortocircuitos, salida total o parcial del circuito de MT por cortocircuitos ocasionados por postes quebrados, daño de equipo eléctrico por ausencia de la puesta a tierra en los sistemas de pararrayos.

Vegetación

Tensiones transitorias.

Ausencia total o parpadeos de la tensión de alimentación ocasionados por ramas que caen sobre las líneas de MT que provocan una avería o contacto momentáneo generando una falla a tierra de alta impedancia y la operación de interruptores de MT.

Postes quebrados, robo de neutro y puestas a tierra

Vientos fuertes y sismosCortocircuitos que ocasionan reducciones en la tensión de alimentación así como el disparo de las protecciones de MT. Pueden ocasionar incluso daños parciales o totales en las líneas de MT y pérdidas totales de tensión.

Animales silvestresFallas en conductores y puntos de conexión, fallas a tierra ocasionando la operación de las protecciones de MT, provocando la pérdida de la tensión de alimentación.

Sistema Nacional InterconectadoSalidas de circuitos de MT de CNFL ocasionadas por eventos a nivel de la red de transmisión del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE).

Cau

sas

Inte

rnas

Cau

sas

Ext

erna

s

Por otro lado, la propagación en el uso de la electrónica de potencia y de los sistemas de control para procesos industriales han

permitido mejorar la eficiencia y por lo tanto, reducir el consumo de energía, pero al mismo tiempo han introducido nuevas variables al

juego como la contaminación de la red eléctrica ocasionada por la generación de corrientes armónicas y tensiones transitorias.

MT = Media tensión

2.

Los equipos de control y procesamiento de datos son cada vez más precisos y de menor consumo energético pero al mismo tiempo

demandan una mejor calidad de la energía eléctrica. Los fabricantes deberían entregar junto con sus equipos electrónicos y de control,

una curva de tolerancia que permita al usuario determinar las condiciones óptimas de su operación antes de ponerlo en funcionamiento.

Estas curvas de tolerancia como la curva ITIC (Information Technology Industry Council) desarrollada en los años 90 para equipo de

cómputo alimentado a 120 V, le proporcionan al usuario información detallada sobre las variaciones de tensión, en función de su magnitud

y duración, que no afectan el desempeño del dispositivo y por lo tanto, no detendrán su proceso productivo. En la curva de la imagen

N°3 todos aquellos eventos que se ubiquen fuera de la zona verde, representan fenómenos que pueden ocasionar problemas de

funcionamiento. Es importante acotar que los equipos regulados por esta curva pueden permitir altos valores de tensión siempre y

cuando su duración sea corta, como se puede apreciar en la Imagen N°3, en donde una sobretensión podría alcanzar un valor máximo de

hasta 250% del valor de la tensión nominal de alimentación del equipo siempre y cuando su duración sea inferior a los 0.0005 segundos.

Curvas de Tolerancia

0.0001 0.001 0.10.01 1 10 1000100

350 -

50 -

100 -

300 -

150 -

250 -

200 -

400 -

-100 -

-50 -

0 -Límite Sobre-Tensión

Regi

ó Ad

misi

ble

de O

pera

ción

Tensión Nominal 10+-

Duración del Evento (s)

Varia

ción d

e Ten

sión (

%Un

)

Tensión Nominal 10+

Imagen Nº3. Curva ITIC para equipo electrónico.

Sobretensión

0.0005

Variaciones de tensión

El fabricante es quien debe suministrar estas curvas al usuario final pues deberá someter a su equipo a un procedimiento de pruebas

debidamente normadas para determinar la duración y magnitud de los eventos de tensión que pueden ocasionar problemas de

funcionamiento.

3.

El cliente también podría determinar parcialmente, con la ayuda de un analizador de calidad de energía, documentando y vinculando las

salidas de operación de su proceso, cuales son los eventos que ocasionan problemas de funcionamiento y con esta información, seleccionar

una protección adecuada a sus necesidades (regulador de tensión, supresor de transitorios, etc).

Variaciones de tensión de larga duración

La normativa técnica de la ARESEP AR-DTCVS, determina las variaciones de tensión permitidas para las distribuidoras de todo el país.

Dicha norma cita en el Numeral 2.4:

“En condiciones normales de explotación, para cada periodo de una semana (7 días consecutivos), el 95 % de los valores eficaces de la

tensión de servicio (Vs), promediados en diez minutos, deben situarse en el intervalo normal indicado en el numeral 2.3.”

Tabla N°1. Intervalos Normal y Tolerable del Valor de Tensión de Servicio.

Numeral 2.3 de la Norma Técnica AR-DTCVS, de la Autoridad Reguladora de los Servicios Públicos.

Monofásico bifilar 120

Monofásico trifilar 120/240

Trifásico 120/208, estrella

Trifásico 277/480, estrella

Trifásico 240, delta

Trifásico 480, delta

V min

114

114/228

114/197

263/456

228

456

V máx

126

126/252

126/218

291/504

252

504

V máx

127

127/254

127/220

293/508

254

508

V min

110

110/220

110/191

254/440

220

440

Tipo de sistema Normal (V) Tolerable (V)

Intervalo

Esta normativa evidencia que para una empresa distribuidora y por la naturaleza del sistema de distribución en nuestro país, el cual como

ya se indicó es principalmente aéreo, es normal que existan variaciones en la tensión de alimentación de los clientes, siempre y cuando

se cumpla con lo indicado en la Tabla N°1.

Podemos encontrar tres eventos característicos en los sistemas eléctricos:

Variaciones de tensión de corta duración

SWELLS: Corresponde a un incremento en la forma de onda de la tensión alterna del sistema eléctrico a la misma frecuencia (60Hz) y

con duraciones entre 0,00832 y 60 segundos. El nivel de tensión puede variar entre el 110% hasta el 180% de la tensión nominal,

dependiendo de la duración del evento. Un evento SWELL con una duración superior a los 60 segundos recibe el nombre de

sobretensión. Ver imagen N°1. Algunos síntomas: monitores tipo CRT (de tubos de rayos catódicos) y lámparas incrementan su salida

luminosa de forma temporal, componentes de fuente de poder quemados, marcas de quemaduras en tarjetas y componentes.

4.

SAGS: Corresponde a una disminución en la forma de onda de la tensión alterna del sistema eléctrico a la misma frecuencia (60Hz) y con

duraciones entre 0,00832 y 60 segundos. El nivel de tensión puede variar entre el 10% y el 90% de la tensión nominal. Un evento SAG

con una duración superior a los 60 segundos recibe el nombre de baja tensión. Ver imagen N°1.

Algunos síntomas: los motores reducen su velocidad o se detienen por completo (dependiendo de la magnitud y duración del SAG), los

computadores se bloquean y deben ser reiniciados, los monitores tipo CRT (de tubos de rayos catódicos) y las lámparas disminuyen su

salida luminosa o parpadean y los procesos productivos pueden detenerse por completo.

Los SAGS corresponden a la mayoría de los fenómenos registrados en la red eléctrica, respecto a los SWELLS. Los SAGS y SWELLS

pueden ser generados tanto interna como externamente y son perceptibles al ojo humano. Son también conocidos como parpadeos y

son fáciles de identificar pues cuando un fenómeno de este tipo se presenta, se nota en la intensidad de los sistemas de iluminación

(especialmente si son del tipo incandescente) sin que exista un corte total de energía.

Los eventos de esta naturaleza que provienen del exterior pueden ser ocasionados, por ejemplo, por fallas a tierra momentáneas de

alta resistencia provocadas por ramas de árboles que entran en contacto con las líneas de media tensión, o por fallas de cortocircuito

a nivel de circuitos de media tensión que afectan la tensión de todos los circuitos conectadas a un mismo punto de alimentación en la

subestación eléctrica.

Los eventos internos se deben a la puesta en marcha de cargas eléctricas que demandan grandes cantidades de corriente durante su

arranque como, por ejemplo, motores eléctricos o impresoras láser, debido a la caída de tensión que se da en los conductores eléctricos

de los circuitos ramales y que afectan principalmente, a todos los equipos alimentados de ese mismo circuito.

Una de las recomendaciones más comunes consiste en la instalación de circuitos ramales exclusivos para las cargas que demandan altas

corrientes o incrementar el calibre de los conductores utilizados para reducir al máximo la caída de tensión. En la Imagen N°4 se pueden

apreciar gráficamente ambos fenómenos SAG y SWELL en un circuito de 120 V nominales.

SWELLS

SWELLS

SAG

SAG

NORMAL

NORMAL

+120V RMS

-120VRMS

Imagen Nº4. Variaciones de tensión SAGS y SWELLS

+120V RMS

-120VRMS

Tiempo

Tens

ión

5.

Transitorios: El tercer tipo de evento que se puede identificar en un sistema eléctrico corresponde a los transitorios de tensión. Estos

fenómenos tienen la característica de ser eventos mucho más rápidos que los SAGS y SWELL y además, no ocurren a la misma

frecuencia del sistema eléctrico de 60Hz, pues son eventos de alta frecuencia (en el orden de los 0.000001 segundos) e

imperceptibles por el ojo humano (ver Imagen N°5).

Estos fenómenos pueden ocasionar daño de forma instantánea o de forma acumulativa hasta que un equipo falla sin razón aparente,

dependiendo de la cantidad de energía contenida en el evento. Hay dos fuentes principales de tensiones transitorias:

Descargas atmosféricas directas e indirectas.

Operaciones de conmutación como por ejemplo entrada y salida de bancos de capacitores en subestaciones eléctricas.

0

-85

85

-170

170

-255

255

340

425

-340

-425

0 85 170 255 340 425 510 595 680 765 850

Tensiones Transitorias

Imagen N°5. Ocurrencia de transitorios en la onda de tensión.

Recomendaciones

Tiempo (s)

Tens

ión

(V)

Para la protección contra tensiones transitorias generadas externamente es necesaria la colocación de supresores de tensiones

transitorias para reducir la posibilidad de que un evento externo produzca daños a equipo sensible. Sin embargo, no basta colocar un

solo supresor en el tablero o interruptor principal ya que la operación normal de muchos de los equipos del cliente van a generar

también tensiones transitorias a nivel de subtableros. Por lo tanto, la recomendación es colocar un sistema de supresión en cascada

(tablero principal, subtableros y carga) que permita recortar las tensiones transitorias hasta niveles que no sean dañinas para los

equipos.

6.

7.

Para minimizar los efectos nocivos de las variaciones de corta duración, principalmente en los procesos de control, es necesario

proporcionar a los equipos de control un suministro estable de tensión con variaciones que estén por debajo de lo que lo equipos

permiten y que no comprometa la integridad de la parte de potencia de la máquina o proceso. En este sentido, es posible

contemplar la adquisición de reguladores de tensión única y exclusivamente para la parte de control de una máquina o proceso.

El cliente debe asegurarse de contar con un buen sistema de puesta a tierra que asegure la correcta operación de sus sistemas de

protección así como la correcta operación de los equipos sensibles. En ese sentido debe conocer con detalle la ubicación de las

cajas de registros de los electrodos de puesta a tierra, la configuración del sistema, la interconexión entre diversos sistemas para

asegurar la equipotencialidad de los elementos, debe conocer el valor de la resistencia original del sistema y debe realizar

mediciones de mantenimiento de forma anual para asegurarse que el valor de diseño se encuentra dentro del valor permitido y en

caso contrario, realizar los mantenimientos y correcciones que correspondan.

Dirección Estrategia y Desarrollo de NegociosUnidad Sostenibilidad - Área Eficiencia Energética