Comprendiendo las Sobretensiones en Sistemas Eléctricos: Causas e Impacto

En este artículo abordamos las sobretensiones y sus causas. Fuentes como generadores, transformadores y líneas de transmisión pueden originarlas: rayos, apertura de interruptores, puesta a tierra de conductores, etc. Aunque su magnitud no sea enorme, sus efectos pueden interrumpir la protección o dañar equipos. Los ingenieros buscan limitar y controlar estos efectos. Identifiquemos las causas principales, cómo se generan y afectan al sistema.

Estos transitorios o picos son de naturaleza temporal y corta duración (unos cientos de µs), pero causan sobretensiones en el sistema. Provienen de maniobras y otras causas, pero los más importantes son los generados por rayos directos sobre líneas de transmisión. Cuando un rayo impacta una línea, la onda de sobretensión viaja junto a ella e inunda el sistema con voltajes capaces de dañar cualquier aparato de protección o eléctrico.

La figura muestra la forma de onda del rayo: tensión en eje X, tiempo en eje Y. Se observa un frente de onda muy pronunciado (1–5 µs) y una cola más lenta.

Causas de las sobretensiones

Las sobretensiones en sistemas de potencia se dividen en dos grandes categorías:

A) Causas internas   B) Causas externas

Las causas internas rara vez producen sobretensiones de gran magnitud; la experiencia muestra que apenas duplican la tensión nominal.

• Sobretensiones de maniobra (Switching surges): Producidas por operaciones de conmutación. 1) Conexión de línea sin carga a fuente de tensión. 2) Conexión de línea con carga. 3) La causa más importante: la corriente truncada (current chopping) en interruptores de aire comprimido, que genera transitorios de alta tensión entre contactos.
• Fallo de aislamiento: El caso más importante es la puesta a tierra accidental de un conductor. Si ocurre en el centro, genera ondas de tensión negativa que viajan en ambas direcciones.
• Arco a tierra (Arcing ground): Arco intermitente en fallo fase-tierra de sistema trifásico, produciendo transitorios acumulativos peligrosos que pueden causar fallo de aislamiento. Se previene poniendo a tierra el neutro.
• Resonancia: Cuando la reactancia inductiva iguala a la capacitiva. La impedancia se vuelve resistiva, factor de potencia unitario, y se producen sobretensiones en líneas.
• Causa externa: Solo el rayo. «Descarga eléctrica entre nube y tierra, entre nubes o entre centros de carga de una misma nube». Se tratará en detalle en próximo artículo.