EL PROBLEMA
La electricidad producida por las centrales eléctricas circula a través de las redes de transmisión y se suministra a los consumidores. La calidad de la electricidad (conocida como “Calidad de Energía”) es uno de los factores significativos que determinan la eficiencia económica de los consumidores y las redes eléctricas.
Los aparatos eléctricos están diseñados para funcionar con sistemas de alimentación caracterizados por valores nominales de tensión (ej. 400V) y de frecuencia (ej. 50Hz).
En la realidad, la distribución de energía eléctrica puede no garantizar la estabilidad de dichos parámetros. En particular, la tensión de alimentación puede sufrir variaciones incluso sensibles respecto al valor nominal pero que pueden provocar situaciones indeseadas y potencialmente perjudiciales para los aparatos.
Dichas variaciones pueden ser “rápidas” y durar pocos milisegundos (por ejemplo como consecuencia de relámpagos que caen en las líneas) o bien “lentas”, con una duración de varios segundos, minutos o incluso horas, según la causa.
Las variaciones lentas de la tensión pueden deberse tanto a aumentos (mala regulación MT por parte del distribuidor de la energía, desconexión de la red de grandes cargas, excesos de tensión en la salida de los generadores, etc.) como, más frecuentemente, a descensos (conexión de grandes cargas, puesta en marcha de motores, líneas eléctricas sub dimensionadas, averías en tierra, mala regulación de la tensión MT).
En el caso de variaciones de tensión el estabilizador es la solución que garantiza la mejor relación costes/beneficios.
LA SOLUCIÓN
El estabilizador de tensión ha demostrado que es una solución eficaz para prevenir situaciones potencialmente peligrosas provocadas por la inestabilidad de la tensión en la entrada.
Típicas situaciones de instalaciones en donde la tensión puede sufrir fluctuaciones por encima de los valores admitidos son:
- Instalaciones alimentadas por líneas eléctricas “débiles” infradimensionadas, como sucede en algunas zonas rurales o muy distantes de las centrales de distribución (granjas, resorts turísticos, hoteles).
- Instalaciones situadas cerca de las centrales de distribución y por tanto sujetas a aumentos de tensión.
- Viviendas dotadas de equipos de potencia elevada (bombas para piscinas, grandes acondicionadores, cuerpos de iluminación especiales, ascensores) y/o particularmente sensibles a las variaciones de tensión.
- Instalaciones situadas cerca de grandes industrias, con presencia de aparatos de talla unitaria muy elevada (motores MT) que pueden provocar caidas de tensión cuando se ponen en marcha.
- Instalaciones que funcionan en isla (barcos, plataformas off-shore, instalaciones no conectadas a la red de distribución pública).
Respecto a otros tipos de aparatos, el estabilizador de tensión presenta una serie de ventajas que a menudo hacen que sea la solución ideal:
- Coste generalmente inferior.
- Garantía de una óptima estabilidad de la tensión de salida incluso cuando hay amplias variaciones en la entrada.
- Ausencia de introducción de contaminación armónica.
- Robustez, fiabilidad y posibilidad de empleo también en entornos “difíciles”.
- Posibilidad de sobrecarga de dos veces la corriente nominal (hasta 2 minutos).
- Ausencia de baterías, y por tanto de problemas en términos de almacenamiento, transporte, mantenimiento y eliminación.
- Regulación progresiva y fiable de la tensión de alimentación de las cargas garantizando en la salida una precisión de ±0,5% de la tensión nominal incluso ante importantes variaciones de la tensión de entrada.
- Rendimiento muy elevado.
- Reducida sensibilidad a las corrientes de inserción elevadas.
- Dimensiones reducidas, facilidad de empleo y funcionamiento “plug & play”.
¿ESTABILIZADORES DE TENSIÓN ELECTROMECÁNICOS O ESTÁTICOS?
El estabilizador estático se usa cuando la velocidad de corrección representa el problema crítico.
El estabilizador estático (usar, por ejemplo, para computadoras, equipos de laboratorio, bancos de medición e instrumentación médica) lleva a cabo la regulación en un tiempo máximo de 3 milisegundos (ajuste completo) al contrario del tiempo de corrección de un estabilizador electrodinámico es de 10-50 milisegundos por voltio (según el modelo)
CRITERIOS DE ELECCIÓN
Número de fases
Depende de la naturaleza de las cargas:
- para cargas monofásicas elíjase un estabilizador monofásico;
- varias cargas monofásicas en la misma línea se podrá elegir o un estabili zador trifásico o un monofásico para cada carga;
- para carga trifásica elíjase un estabilizador trifásico.
Tensión nominal
Dado que, a nivel internacional, las tensiones nominales varían, es oportuno medir las tensiones nominales en la entrada y en la salida del estabilizador. En los sistemas trifásicos proporcionan el valor concatenado de las tensiones. Los modelos estándar trifásicos pueden funcionar a tensión nominal 380V -400V-415V (50Hz) o a tensión nominal 440V -460V-480V (60Hz).
Amplitud variación en la entrada
Es un dato clave para la elección del estabilizador y de sus dimensiones. Identificar la entidad de la oscilación de la tensión de la entrada y mantener un margen de seguridad para dicho porcentaje: si, por ejemplo, se miden variaciones de tensión de ±16% respecto a la tensión nominal, elejir un estabilizador dimensionado para variaciones de ±20%. Atención: si la variación en la entrada supera la preestablecida, la diferencia se añade a la precisión de la salida; por ejemplo si un estabilizador dimensionado para ±15% recibe una variación del +20%, la precisión de la tensión de la salida ya no será de ±0,5% sino de ±5,5%.
Tipo de regulación
Los estabilizadores de tensión trifásicos estándar están realizados con control por fases independiente. Habrá que conectar el estabilizador al neutro de la línea de alimentación. Si no hubiera neutro de línea será posible, bajo solicitud, dotar a la máquina de un accesorio específico.
Tipo de tecnología
En la mayoría de las aplicaciones, el estabilizador de voltaje electromecánico es una protección confiable y segura. En el caso de que se requiera una velocidad de regulación muy alta (milisegundos), la solución con regulación mediante interruptores estáticos IGBT, es preferible.
Potencia nominal
Todos los estabilizadores están dimensionados para la máxima corriente de entrada. En cualquier caso, se aconseja mantener un margen de seguridad para posibles ampliaciones futuras. La potencia del estabilizador se expresa en kVA y la potencia de la carga normalmente, se expresa en kW. Hay que tener en cuenta que la relación entre esas dos unidades de medida la proporciona el factor de potencia (cos φ): kVA = kW / cos φ. Si el factor de potencia y/o la potencia en kW no se pueden determinar fá cilmente, medir las corrientes absorbidas, teniendo en cuenta las siguientes fórmulas, para realizar un correcto dimensionamiento del estabilizador.
- kVA (monofásica) = Tensión de carga x Corriente de carga.
- kVA (trifásica) = raíz de 3 x Tensión concatenada x Corriente de carga.
Instalación
Elejir las otras características del estabilizador en función del tipo de instalación. En particular hay que conocer:
- El grado de protección IP requerido.
- Si es una instalación interior o exterior.
- La altitud y las características climáticas del lugar.
- La temperatura ambiente.
- Posibles situaciones ambientales peligrosas como: atmósfera agresiva, exposición a sustancias químicas, etc.
Accesorios
El estabilizador se puede enriquecer con varios tipos de accesorios:
- Dispositivos de interrupción y de protección.
- Protección de la carga contra la sobretensión y la subtensión.
- Línea de by-pass.
- Kit de protección total.
- Transformador de aislamiento en la entrada.
- Sistema de corrección del factor de potencia automático e integrado.
- Supresores de picos SPD.
- Filtros EMI/RFI anti interferencia.
- Reactancia de punto neutro.
- Grado de protección hasta IP54/55 interior/exterior.
Realizaciones especiales
Con las oportunas variantes se pueden obtener estabilizadores “especiales” capaces de:
- Gestionar variaciones no simétricas de la tensión de entrada diferente del rango estándar (por ejemplo de Vn -25% a Vn +10%).
- Dar en la salida una tensión diferente de la de entrada (por ejemplo Vin= 400V ±15%, Vout= 460V ±0,5%).
CRITERIOS DE FABRICACIÓN
El estabilizador de tensión es un equipo de potencia que se sitúa entre la red de alimentación y las instalaciones para garantizar a estas últimas una tensión que tenga una menor variación (±0,5% respecto al valor nominal) de la más amplia que la red y/o la instalación pueda garantizar.
La estabilización tiene lugar sobre el “real valor eficaz”, no está influenciada por posibles corrientes armónicas presentes en la red y no las introduce ya que la regulación tiene lugar sin parcializar la forma de la onda.
El estabilizador no está influenciado por el factor de potencia de la carga, funciona con un intervalo de variación de la carga para cada fase de 0 a 100% y con una v elocidad de regulación que depende del porcentaje de variación de la tensión de entrada y del tipo constructivo (en general puede variar entre 8 y 30 ms/V).
El estabilizador de tensión digital está constituido esencialmente por un transformador buck/boost, un regulador de tensión y un control electrónico. Basándose en un microprocesador que hace un muestreo de la tensión de salida en alta frecuencia, el sistema de control acciona los motores del regulador. De este modo cambia la posición de los contactos del regulador, y por consiguiente la tensión que recogen es la que se suministra al primario del transformador booster. La tensión en el secundario está en fase o en oposición de fase respecto a la tensión de red y por tanto se suma o se resta a ésta última, compensando las variaciones.
El regulador de tensión, que no es más que un autotransformador de relación variable, puede ser de columnas o toroidal en relación a la potencia nominal del estabilizador.
CONCLUSIONES
La disponibilidad continua de tensión de alimentación estable, al margen de las fluctuaciones en la entrada, es muy a menudo la clave para asegurar eficiencia y fiabilidad al usuario final.
Una reducida productividad, la pérdida de datos, la pérdida de seguridad, averías en las máquinas, informaciones imprecisas e interferencias domésticas son sólo algunos ejemplos de los potenciales problemas provocados por una alimentación inestable. Evidentemente, todo ello se traduce en un aumento de los costes de explotación para el usuario.
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