Comprensión del desequilibrio eléctrico
Definición: ¿Qué es el desequilibrio eléctrico?
desequilibrio eléctrico El desequilibrio de fase (también llamado desequilibrio de tensión o desequilibrio de corriente) es una condición en los sistemas eléctricos trifásicos donde las tensiones o corrientes en las tres fases no son iguales en magnitud o no están separadas exactamente por 120 grados eléctricos. Esta asimetría en el suministro eléctrico o en los devanados del motor crea fuerzas electromagnéticas desequilibradas, calentamiento excesivo en los devanados del motor, corrientes de secuencia negativa, pulsaciones de par y características de funcionamiento irregular. vibración al doble de la frecuencia de línea.
Incluso pequeños desequilibrios de tensión (2-31 Tp) pueden provocar desequilibrios de corriente significativos (6-10 veces) y reducir la eficiencia y la vida útil del motor. El desequilibrio eléctrico es un problema común en las instalaciones industriales y puede deberse a problemas en el suministro eléctrico, una mala distribución de la energía o defectos en el bobinado del motor.
Tipos de desequilibrio eléctrico
1. Desequilibrio de tensión
Tensiones desiguales entre fases o entre fase y neutro:
- Medición: Mida el voltaje entre cada par de fases (AB, BC, CA).
- Cálculo: Desequilibrio de tensión % = (Desviación máxima respecto a la media / media) × 100
- Ejemplo: Medición de fases: 477 V, 480 V, 483 V → Promedio: 480 V, desviación máxima: 3 V → Desequilibrio: 0,625%
- Aceptable: < 1% según NEMA, < 2% según IEC
2. Desequilibrio actual
Corriente desigual en las tres fases:
- Medición: Medir la corriente en cada fase (IA, IB, IC)
- Cálculo: Desequilibrio actual del % = (Desviación máxima del promedio / promedio) × 100
- Causas: Desequilibrio de tensión, fallos en el bobinado, malas conexiones
- Amplificación: Un pequeño desequilibrio de voltaje crea un desequilibrio de corriente mayor (multiplicador de 6 a 10).
3. Desequilibrio del ángulo de fase
- Fases no separadas exactamente por 120°
- Crea par pulsante y calentamiento.
- Menos frecuente que el desequilibrio de magnitud
- Requiere un analizador de calidad de energía para detectar
Causas del desequilibrio eléctrico
Problemas de suministro de servicios públicos
- Problemas con los transformadores: Transformadores de distribución desequilibrados
- Cargas monofásicas: Grandes cargas monofásicas en el mismo suministro crean asimetría
- Problemas en las líneas de transmisión: Impedancia desigual en tres fases
- Condiciones de falla de servicios públicos: perturbaciones del sistema
Distribución de instalaciones
- Conexiones deficientes: Conexiones de alta resistencia en una fase
- Fusibles fundidos: Pérdida parcial de una fase (desequilibrio grave)
- Longitudes de cable desiguales: Diferentes impedancias en los conductores de fase
- Monofásico: Pérdida total de una fase (desequilibrio extremo)
Causas internas del motor
- Fallos en el bobinado: Los giros cortos reducen la efectividad de los giros en una fase.
- Asimetría de bobinado: Variación de fabricación en las resistencias del bobinado
- Problemas de conexión: Conexiones terminales deficientes
- Bobinados dañados: Cortocircuitos parciales o circuitos abiertos
Efectos en el rendimiento motor
Calentamiento excesivo
La consecuencia más grave:
- Las corrientes de secuencia negativa generan calentamiento adicional.
- Una fase transporta más corriente de la diseñada.
- Un aumento de temperatura mucho mayor de lo que sugeriría un desequilibrio de voltaje.
- Regla de oro: El desequilibrio de voltaje en 3% puede provocar un aumento de temperatura en 18-25%
- Envejecimiento acelerado y fallo del aislamiento
Eficiencia y factor de potencia
- Menor eficiencia debido a las corrientes circulantes
- factor de potencia reducido
- Aumento del consumo de energía
- Pérdida de eficiencia típica: 1-2% para desequilibrio moderado
Pulsaciones de par
- Par pulsante al doble de la frecuencia de línea
- Crea vibraciones torsionales en el tren de transmisión.
- Puede excitar resonancias torsionales
- Reduce el funcionamiento suave
Vibración
- 2× Frecuencia de línea: componente de vibración de 120 Hz (60 Hz) o 100 Hz (50 Hz).
- Origen electromagnético: Fuerzas magnéticas pulsantes
- Amplitud: Proporcional al grado de desequilibrio
- Confusión: Puede confundirse con fallas del estátor o atracción magnética
Vida útil reducida
- El aumento del estrés térmico reduce la vida útil del aislamiento.
- Reducción de la potencia del motor (capacidad reducida)
- El desequilibrio de voltaje 3% puede reducir la vida útil del motor en 50%
Detección y medición
Medición de voltaje
- Mida las tensiones de línea a línea (VAB, VBC, VCA) con el motor funcionando bajo carga.
- Calcular la media y la desviación porcentual
- Realice la prueba en los terminales del motor (no en el panel de alimentación) para incluir la caída de tensión.
- Documentar y observar la evolución a lo largo del tiempo
Medición de corriente
- Mida la corriente en cada fase con una pinza amperimétrica.
- Calcular el porcentaje de desequilibrio
- El desequilibrio de corriente suele ser de 6 a 10 veces el desequilibrio de tensión.
- Un desequilibrio de corriente creciente indica un problema motor en desarrollo.
Análisis de vibraciones
- Componente de frecuencia de línea elevada 2×
- Comparar la amplitud con la línea base
- Se distingue del desalineamiento mecánico 2× por la frecuencia (120/100 Hz frente a 2× velocidad de funcionamiento).
Monitoreo térmico
- Medir la temperatura del bobinado o la temperatura de la carcasa del motor
- Desequilibrio de temperatura entre fases
- La temperatura general fue superior a la esperada para la carga.
Métodos de corrección
Para desequilibrio en la oferta
- Si hay desequilibrio en la entrada de servicio, póngase en contacto con la compañía de servicios públicos.
- Compruebe y apriete todas las conexiones del sistema de distribución.
- Verifique que los fusibles y los disyuntores estén intactos.
- Equilibrar las cargas monofásicas en las tres fases
- Compruebe los ajustes de la toma del transformador.
Para problemas relacionados con el motor
- Compruebe y limpie las conexiones de los terminales del motor.
- Verifique que las conexiones de los cables estén ajustadas y limpias.
- Prueba para detectar fallas en el bobinado (resistencia de aislamiento, análisis de la firma de corriente)
- Rebobinar o reemplazar el motor si se confirma una falla interna
Reducción de potencia
- Si no se puede corregir el desequilibrio, reduzca la carga del motor.
- NEMA recomienda reducir la potencia nominal del 1% por cada desequilibrio de tensión superior al 1%.
- Controle la temperatura atentamente
Prevención y seguimiento
Instalación
- Verifique el equilibrio de voltaje en los terminales del motor antes de energizarlo.
- Utilice conductores del tamaño adecuado (minimice la caída de tensión).
- Asegúrese de que todas las conexiones estén limpias y bien ajustadas.
- Verifique la conexión correcta del motor (estrella vs. triángulo).
Operación
- Medición periódica de tensión y corriente
- Tendencias para detectar problemas emergentes
- Vigile si hay fusibles fundidos o interruptores automáticos disparados.
- Estudios de calidad de energía en instalaciones con problemas recurrentes de motores
El desequilibrio eléctrico es un problema común en los motores, pero a menudo se pasa por alto, y afecta significativamente su salud, eficiencia y vida útil. Comprender la relación entre el desequilibrio de voltaje y el de corriente, reconocer la vibración característica de la frecuencia de línea (2×) y mantener un suministro eléctrico equilibrado mediante una instalación y monitorización adecuadas son esenciales para un rendimiento y una fiabilidad óptimos del motor.
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