¿Qué son los Transitorios?

Los transitorios son variaciones momentáneas de voltaje o corriente que duran menos de un ciclo, y que se pueden categorizar como transitorios de impulso o como transitorios oscilatorios.

Transitorios de Impulso

Un transitorio de impulso es un cambio repentino de frecuencia no eléctrica en la condición de estado estable del voltaje o de la corriente, y es causado por rayos y por cargas inductivas.

La frecuencia de este tipo de transitorio tiene componentes de alrededor de 100kHz. Además, el transitorio de impulso es unidireccional en polaridad, es decir, puede ser de polaridad positiva o de polaridad negativa.

Transitorio de Impulso
Imagen Referencial: Transitorio de Impulso. Fuente: Megger.

Transitorios Oscilatorios

Un transitorio oscilatorio es un voltaje o corriente cuyo valor instantáneo cambia de polaridad rápidamente.

Estos transitorios tienen una oscilación característica que puede variar desde menos de 5kHz hasta 5MHz. Y, el valor de la frecuencia puede ser un indicador del origen de la perturbación.

Transitorio Oscilatorio
Imagen Referencial: Transitorio Oscilatorio. Fuente: Megger.

1. Transitorios Oscilatorios de Baja Frecuencia

Los transitorios oscilatorios de baja frecuencia (menores de 5kHz) se originan principalmente debido a la energización de bancos de capacitores.

2. Transitorios Oscilatorios de Frecuencia Media

Los transitorios oscilatorios de frecuencia media (entre 5kHz y 500kHz) pueden ocurrir cuando un banco de capacitores se conmuta en una proximidad eléctrica cercana a otro banco de capacitores que ya está energizado.

Además, los transitorios oscilatorios con frecuencias fundamentales inferiores a 300 Hz pueden ser originados por la energización de un transformador o por ferrorresonancia.

Otras causas pueden ser la conmutación de cables y la respuesta del sistema ante un transitorio de impulso.

3. Transitorios Oscilatorios de Alta Frecuencia

Los transitorios oscilatorios de alta frecuencia (entre 500kHz y 5MHz) pueden ocurrir por la conmutación de alta velocidad de dispositivos electrónicos de potencia, como las fuentes de alimentación conmutadas, que pueden repetirse varias veces por ciclo. También pueden ser causados como respuesta del sistema ante un transitorio de impulso.

Por otro lado, los transitorios oscilatorios de alta frecuencia tienen impacto en ubicaciones residenciales y comerciales que operan paneles solares sin batería de respaldo, porque los paneles solares responden casi instantáneamente a los cambios en la radiación solar.

¿Qué daños pueden causar los Transitorios?

Como los voltajes transitorios tienen alta magnitud y un tiempo de subida muy rápido, provocan la degradación o rotura del aislamiento de los cables, así como del material dieléctrico de los switchgears, transformadores y motores.

Cuando ocurren pequeños transitorios repetidos en los equipos, su aislamiento se degrada lentamente, llegando a provocar la falla eventual del aislamiento y una disminución del tiempo medio entre fallas.

LOR Transformador
Imagen Referencial de Transformador de Potencia. Fuente: OMICRON Web Site

Por ejemplo, los transitorios en una bobina de un motor o un transformador disiparán la mayor parte de su energía en las primeras bobinas, dañando el aislamiento que las rodea. Mientras que cada bobina posterior presentará más resistencia y capacitancia al transitorio, reduciendo su magnitud y su energía.

Métodos de Detección de Transitorios

A continuación, describiremos varios métodos sugeridos por la IEC60050-161 para detectar transitorios.

1. Método Comparativo

El método comparativo consiste en detectar un transitorio cuando se excede un umbral absoluto fijo.

En este caso, el usuario establece un umbral absoluto. Luego, cada muestra se compara con el límite. Si la muestra excede el límite, comienza un evento transitorio. El evento transitorio finaliza cuando una de las siguientes muestras cae por debajo del umbral.

2. Método de la Envolvente

El método de la envolvente es similar al método comparativo, pero con la forma de onda fundamental eliminada antes del análisis.

Es decir, la forma de onda fundamental se filtra y luego cada muestra se compara con el límite. Si la muestra excede el límite, comienza un evento transitorio. Y, el evento transitorio finaliza cuando la siguiente muestra cae por debajo del umbral.

3. Método de la Ventana Deslizante (Sliding-Window)

El método de la ventana deslizante consiste en comparar los valores instantáneos con los valores correspondientes del ciclo anterior.

Por lo tanto, cada muestra se compara con la muestra correspondiente del ciclo anterior. Si la diferencia entre estas muestras excede el límite, entonces comienza un evento transitorio. El evento transitorio finaliza cuando la diferencia entre una muestra siguiente y su muestra correspondiente del ciclo anterior cae por debajo del umbral.

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Conclusión

Los transitorios son fenómenos que pueden ocurrir en cualquier sistema eléctrico. Una de las soluciones que se puede utilizar para mitigar los efectos de los transitorios de tensión es instalar supresores de pico en la entrada de los alimentadores.

Sin embargo, es recomendable instalar analizadores de calidad de energía en todas las instalaciones eléctricas para poder monitorear este tipo de perturbaciones y poder detectar a tiempo cualquier falla de aislamiento que pueda haber en los equipos de la instalación.

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Fuentes

Megger. A Guide to Power Quality Testing. Norristown, 2018.

Electrical test equipment | power station to plug | Megger

OMICRON | Soluciones innovadoras de prueba de sistemas eléctricos

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