curso de calidad de energía

7/25/2019 Curso de Calidad de Energa

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DEPARTAMENTO DE CAPACITACIN

CURSO

CALIDAD DE ENERGA ELCTRICA


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__________________________________________________________________________________________2Manual de Calidad de Energa.

Capitulo 1: Aspectos Bsicos de Medicin y Supervisin

1.1 Definicin de Onda Senoidal...................................................................................................5

1.2 Medicin de Seales Senoidales y no Senoidales..................................................................8

1.2.1 Valor Instantneo...........................................................................................................81.2.2 Valor Pico................................... ...................................................................................8

1.2.3 Valor Medio....................................................................................................................8

1.2.4 Valor Eficaz....................................................................................................................8

1.3 Caractersticas de los Instrumentos de Medicin....................................................................9

1.3.1 Instrumentos que Operan con Valores Medios..............................................................9

1.3.2 Instrumentos que Operan con valores Picos o Mximos.............................................10

1.3.3 Instrumentos que Operan con Valores Eficaces..........................................................10

1.3.4 Instrumentos que muestrean las ondas de tensin y corriente...................................10

1.3.5 Medicin de Corrientes Alternas No Senoidales..........................................................11

1.3.6 Factor Cresta...............................................................................................................13

1.4 Necesidad de Supervisar......................................................................................................14

1.4.1 Introduccin..................................................................................................................14

1.4.2 Anlisis y Control de Instalaciones Elctricas..............................................................14

1.4.3 Anlisis de la Calidad de Energa Suministrada.........................................................15

Capitulo 2: Introduccin Factores de Calidad de Energa (PQ).

2.1Introduccin............................................................................................................................16

2.1.1 La necesidad econmica de aumentar la competitividad entre las empresas.............16

2.1.2 La generalizacin de equipos sensibles a las perturbaciones de tensin...................17

2.1.3 Objetivos de la medida de la calidad de la energa..................................................18

2.2 Mediciones de PQ.................................................................................................................20

2.2.1Sag, Swell y cortes........................................................................................................21

2.2.2 Variaciones y fluctuaciones de tensin........................................................................24

2.2.3 Desequilibrios...............................................................................................................24

2.2.4 Sobretensiones transitorias..........................................................................................262.2.5 Fluctuaciones de Voltaje Flicker................................................................................27

Capitulo 3: Armnicos

3.1 Definicin...............................................................................................................................35

3.2 Distorsin de la seal sinusoidal...........................................................................................35

3.3 Forma de representacin: espectro de frecuencia................................................................36

3.4 Fuente de Armnicos y anlisis de diferentes cargas...........................................................37

3.4.1 Carga informtica.........................................................................................................37


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3.4.2 Iluminacin...................................................................................................................38

3.4.3 UPS..............................................................................................................................38

3.4.4 Variadores de velocidad...............................................................................................39

3.4.5 Variador de velocidad con inductancias de lnea.........................................................40

3.5 Efectos de los Armnicos......................................................................................................413.5.1 Resonancia..................................................................................................................42

3.5.2 Aumento de las perdidas.............................................................................................43

3.5.3 Sobrecarga de los materiales......................................................................................43

3.5.4 Perturbaciones en las cargas sensitivas......................................................................44

3.5.6 Impacto econmico......................................................................................................45

3.6 Distorsin de tensin (THDv) y distorsin de corriente (THDi)..............................................46

3.7 Normas Internacionales.........................................................................................................47

3.7.1 Variables Limitadas por los Estndares.......................................................................47

3.7.2 Revisin de Algunos Estndares.................................................................................48

3.8 Calculo del Factor-K..............................................................................................................54

3.9 Interferencia Telefnica TIF/IT..............................................................................................55

Capitulo 4: Soluciones Standares de Power Quality

4.1 Compensacin de Energa Reactiva.....................................................................................57

4.1.1 Naturaleza de la Energa Elctrica...............................................................................57

4.1.2 Consumidores de energa reactiva..............................................................................58

4.1.3 Definicin del factor de potencia..................................................................................58

4.1.4 Compensacin en Baja Tensin..................................................................................60

4.1.5 Condensadores Fijos...................................................................................................60

4.1.6 Batera de condensadores de regulacin automtica..................................................63

4.1.7 Descripcin de los reguladores Varlogic......................................................................65

4.1.8 Contactores Especficos Para Condensadores...........................................................67

4.1.9 Bobina DR para filtro de rechazo.................................................................................68

4.1.10 Bateras con filtros de rechazo Rectimat 2 Clase SAH..............................................69

4.2 Eleccin del banco de condensadores Varplus M.................................................................704.2.1 Mtodo Simplificado.....................................................................................................70

4.2.2 Mtodo basado en los datos del recibo de electricidad...............................................71

4.2.3 Mtodo basado en el clculo de potencias..................................................................72

4.2.4 A partir del balance de potencia reactiva.....................................................................72

4.3 Factor de potencia y Armnicos............................................................................................76

4.3.1 Factor de potencia total y desplazamiento del factor de potencia...............................77

4.3.2 Compensacin de energa reactiva en presencia de armnicos.................................81

4.3.3 Filtros Activos...............................................................................................................82

4.3.4 Filtro activo SineWave THM.........................................................................................83


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4.3.5 por qu un filtro activo?..............................................................................................84

4.3.6 cmo acta un filtro activo?.......................................................................................85

4.3.7 dnde colocar un filtro activo?...................................................................................85

4.3.8 Funcionalidades del SineWave THM...........................................................................85

4.4 Condensadores MT hasta 36 kV...........................................................................................874.4.1 Constitucin..............................................................................................................87

4.4.2 cumplimiento de normas..............................................................................................87

4.4.3 Proteccin por fusible interno.......................................................................................88

4.4.4 Principales caractersticas banco de condensadores propivar....................................89

4.5 Gamas Schneider Electric para la proteccin contra las sobretensiones

transitorias...................................................................................................................................91

4.5.1 Tipos de sobretensin y su correcta proteccin...........................................................91

4.5.2 Gama PRC...................................................................................................................91

4.5.3 Gama PRI....................................................................................................................91

4.5.4 Gama PRD...................................................................................................................92

Capitulo 5: Herramientas: Softwares de estudio para Power Quality

5.1 Harmcalc...............................................................................................................................93

5.1.1 Iniciar la aplicacin HarmCalc......................................................................................93

5.1.2 Creacin de un proyecto..............................................................................................94

5.1.3 informacin general del proyecto.................................................................................95

5.1.4 En la fuente (Normal Source).......................................................................................95

5.1.5 Emergency Source (fuente de emergencia)................................................................97

5.1.6 Clculo de la mxima corriente de carga.....................................................................97

5.1.7 Carga lineal..............................................................................................................98

5.1.8 Cargas no lineales.......................................................................................................99

5.1.9 Men de configuracin cargas no lineales.................................................................100

5.1.10 Resultados del anlisis de la red (Harmonic Distorsion Report)..............................100

5.2 Software Harena 2...............................................................................................................102

5.2.1 Introduccin................................................................................................................1025.2.2 Iniciar la aplicacin Harena II.....................................................................................102

5.2.3 Creacin de un nuevo proyecto.................................................................................103

5.2.4 Simulation datas.........................................................................................................103

5.2.5 Computation results................................................................................................106

.


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Capitulo 6: Sistema de Monitoreo y Control de potencia

6.1 Introduccin.........................................................................................................................109

6.2 Por qu Powerlogic? ........................................................................................................110

6.2.1 Costo de la energa elctrica.....................................................................................1106.2.2 Calidad de la energa elctrica...................................................................................111

6.2.3 Disponibilidad de la energa elctrica........................................................................111

6.3 Ejemplos con distintas arquitecturas...................................................................................113

6.4 Equipos Power logic............................................................................................................115

6.4.1 Centrales de medida Enercept...................................................................................116

6.4.2 Power meter serie 700...............................................................................................117

6.4.3 Medidores de energa ME1, ME3, ME4.....................................................................118

6.4.4 Analizadores de redes Circuit Monitor serie 3000.....................................................119

6.4.5 Analizadores de redes Circuit Monitor serie 4000.....................................................121

Capitulo 7: Arquitecturas de Comunicacin Sistema PowerLogic

7.1 Topologas de Redes Industriales.......................................................................................135

7.1.1 Red con topologa bus...............................................................................................135

7.1.2 Red con topologa estrella.........................................................................................136

7.1.3 Red con topologa anillo.............................................................................................136

7.1.4 Red con topologa rbol.............................................................................................137

7.2 Enlaces estndares a nivel fsico........................................................................................138

7.2.1 Enlace RS-232......138

7.2.2 Enlace RS-485......140

7.3 Protocolos de comunicacin................................................................................................143

7.3.1Modbus.......................................................................................................................143

7.3.2 Protocolo TCP/IP.......................................................................................................147

7.4 Ethernet...............................................................................................................................148

7.5 Comunicaciones en el sistema Power Logic.......................................................................150

7.5.1 Bus Serie....................................................................................................................1507.5.2 Mdem.......................................................................................................................153

7.5.3 Ethernet......................................................................................................................155

7.6 Interfaces de comunicacin en el sistema Power Logic......................................................157

Captulo 8: Laboratorio Calidad de Energa

8.1 Introduccin......................................158

8.1.1 Objetivos generales...........................1588.1.2 Objetivos especficos.............................158


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8.1.3 Materiales............................158

8.2 Laboratorio 1 Creacin de un Sistema de Supervisin mediante plataformas de

comunicacin...........................159

8.2.1 Descripcin..........................159

8.2.2 Objetivo............................1598.2.3 Creacin de un nuevo sistema.............................159

8.2.4 Configuracin de comunicaciones CM3350 en el SMS121........................160

8.2.5 Agregar un dispositivo a la red de supervisin..........................165

8.2.6 Actividades propuestas para el laboratorio 1.............................170

8.3 Laboratorio 2 Lectura de datos Instantneos...........................168

8.3.1 Descripcin..........................168

8.3.2 Objetivo........................168

8.3.3 Lectura instantnea de datos........................169

8.3.4 Actividades propuestas para el laboratorio 2.........................169

8.4 Laboratorio 3 captura de formas de onda.........................171

8.4.1 Descripcin......................171

8.4.2 Objetivo........................171

8.4.3 Captura de forma de onda en un sistema.......................171


8.5 Laboratorio 4 Creacin de Histricos de datos en el PC...........................173

8.5.1 Descripcin..........................173

8.5.2 Objetivos..........................173

8.5.3 Creacin de histricos en PC...........................173


8.6 Laboratorio 5 Almacenar Datos en CM.............................176

8.6.1 Descripcin..........................176

8.6.2 Objetivos..........................176

8.6.3 Procedimiento de configuracin...........................176


8.7 Laboratorio 6 Configuracin de alarmas por Sags de tesin en el CM...........................178

8.7.1 Descripcin..........................1788.7.2 Objetivo........................178

8.7.3 Procedimiento de configuracin del CM.........................178

8.7.4 Actividades Propuestas.........................179


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Capitulo 1: Aspectos Bsicos de Medicin y Supervisin

1.1 Definicin de Onda Senoidal

Para conocer muchos de los fenmenos de elctricos se hace necesario tener un cabalconocimiento de lo que es una onda senoidal. Ya que la generacin de voltaje se encuentran

en esta representacin.

Para ser mas rigurosos, diremos que el voltaje (o corriente) senoidal corresponden a la

seal, que alterna su amplitud en el tiempo, siendo su comportamiento lineal. Rigindose

fundamentalmente por la siguiente ecuacin (ecuacin n1) )()( += wtAsentV la que

depende fundamentalmente de tres magnitudes: Amplitud (A), Periodo (T), Fase ().

La amplitud representa el valor mximo o pico de la onda (A=Vp), el periodo (T), es el

tiempo comprendido entre los picos de la amplitud, medido en segundos; El inverso de T, da

por lo tanto el nmero de picos por segundo esto es la frecuencia (f) de la corriente expresada

en Hertz o ciclos/seg.

La fase de la onda senoidal marca, la posicin de la onda en un instante de tiempo

determinado y es el parmetro que permite identificarla cuando las dos magnitudes (Periodo, y

amplitud son iguales).

En la figura 1.1 se muestra la forma de onda senoidal de un voltaje, con todos los

parmetros asociadas a ella.

Figura 1.1 (parmetros que describen una onda)


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1.2 Medicin de Seales Senoidales y no Senoidales

Las seales alternas por el contrario de lo que ocurre con las seales continuas, cuyas

magnitudes de tensin y corriente quedan definidas por un solo valor, pueden ser definidas por

distintos valores entre ellas podemos nombrar: Valor instantneo

Valor medio

Valor pico

Valor eficaz

1.2.1 Valor Instantneo

Los valores tomados por la tensin o la corriente en un instante de tiempo particular t0, son

denominados valores instantneos por ejemplo )()( 0max0 += wtsenVtV (ec1)

)()( 0max0 += wtsenItI (ec. 2).

1.2.2 Valor Pico

Es el mximo valor instantneo que se produce en un ciclo, medidos en el caso del voltaje

medido en volt y en de la corriente en amper, tal como se muestra en la ecuacin n3.

Vp=Vmax(ec. 3)

1.2.3 Valor Medio

Es el promedio de los valores instantneos de tensin o de corriente en un semiciclo.

=2/

0

max )(2

T

m dtwtsenVT

V (ec. 4); resolviendo la integral tenemos max2

VVm

= (ec. 5)

siendo la corriente alterna senoidal se cumple max636.0 VVm = (ec. 6)

1.2.4 Valor Eficaz

Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendra una corriente continua

que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma

resistencia.

=T

m dtRwtsenIRT

I0

22

max )(1

(ec. 7) calculando la integral se tiene2

maxIIef = (ec. 8)

luego tenemos que para una corriente senosoidal la formula es max707.0 IIef = (ec. 9)


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La importancia de trabajar con los valores efectivos, es que estos son representativos de la

potencia involucrada.

Por lo tanto, como se muestra en la figura 1.2, el filamento de una lmpara se calentar de

igual manera si sta, se alimenta con una tensin alterna o una tensin continua de valor igual

al valor eficaz de la corriente alterna.

1.3 Caractersticas de los Instrumentos de Medicin

A la hora de elegir un instrumento, debemos tener en cuenta, cual es la magnitud que

queremos medir, por lo general en mediciones de voltaje o corriente alterna ser el valor eficaz

la magnitud mas representativa.

Sin embargo existen diversos principios de medicin utilizados por los instrumentos, los

que se ocupan en la actualidad son los siguientes: Instrumentos que operan con valores medios

Instrumentos que operan con valores picos o mximos.

Instrumentos que operan con valores eficaces.

1.3.1 Instrumentos que Operan con Valores Medios

Estos instrumentos de medicin responden al valor medio ecuacin n6 y tienen escalas

graduadas en RMS, las cuales son exactas para corrientes Senoidales puras, tal como se

muestra en la figura n3.

Vp= 311VVrms= 220V

m=198 V

- 311 V

311 V

20 ms

Figura 1.2


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MEDIORMS VV = 11.1 (ec. 10)

1.3.2 Instrumentos que Operan con valores Picos o Mximos.

Estos al igual que los anteriores tienen una escala graduada en RMS, pero el instrumento

responde al valor pico.

(ec. 11)

1.3.3 Instrumentos que Operan con Valores Eficaces.

Estos instrumentos utilizan circuitos convertidores de valores eficaces, (entregan una

visualizacin continua equivalente al valor eficaz de la seal), y son capaces de trabajar con

seales de C.C. y seales de C.A. estos instrumentos operan analgicamente, responden a laecuacin matemtica del valor eficaz y pueden dar la lectura en forma analgica y digital.

Existen instrumentos que muestrean las ondas de tensin y corriente en un ciclo de trabajo,

por lo tanto son capaces de entregar los verdaderos valores eficaces (TRUE RMS), adems

estos instrumentos pueden entregar valores de armnicos, THDv y THDi (distorsin armnica

total de voltaje y corriente).

1.3.4 Instrumentos que muestrean las ondas de tensin y corriente.

Estos obtienen informacin a nivel de fraccin de ciclo de red y por lo tanto permiten

obtener por clculo los verdaderos valores eficaces TRUE RMS, Anlisis de armnicos,

distorsin, perturbaciones, etc.

Figura 1.3

PICORMS VV = 707.0

Figura 1.4

Figura 1.5


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El proceso de medicin en este caso es digital con muestreo de la seal a medir y posterior

clculo matemtico llevado a cabo con un microprocesador, en la figura 1.6 se grfica como

estos instrumentos trabajan.

1.3.5 Medicin de Corrientes Alternas No Senoidales

En la industria existe una gran gama de aparatos que son cargas no lineales, por lo que las

formas de onda de corriente y voltaje, son no Senoidales. Aunque por lo general, si son

peridicas.

Algunas de las cargas no lineales tpicas son Rectificadores, Variadores de Frecuencia,

instalaciones de iluminacin fluorescente, PCs, Etc. Tomaremos como ejemplo la corriente

alterna no senoidal de la figura 1.7 para mostrar la indicacin dada por los distintos tipos de

instrumentos, segn el principio de medicin con el cual trabajan.

Figura 1.7

Para ello tomaremos 3 instrumentos que responden uno al valor medio A, otro al valor pico

B y otro para el valor eficaz por muestreo C siendo sus escalas graduadas en RMS.

Para simplificar el trabajo utilizaremos los valores de corriente muestreados por el

instrumento C, siendo sus escalas graduadas en RMS (en la tabla 1.1 se muestran dichos

resultados).

Figura 1.6


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Tabla 1.1 valores muestreados de la figura 1.7

El instrumento A determina el valor promedio del a corriente y luego afecta el resultado por

la constante 1.11

El valor promedio resulta de sumar todos los valores muestreados del semiciclo positivo de

la forma de onda (ec.12).

=

=30

130

1

n

promedio InI (ec. 12) Valor Medio = 2118.54 Amper

El instrumento B, determina el valor pico de la onda y luego pondera dicho valor por el

factor 0.707.

El valor pico de la corriente surge del mximo valor muestreado por el instrumento.

Valor Pico = 2817.21.

De la tabla surgen los resultados de las sumas de los valores muestreados y de la suma de

los valores cuadrticos:

Suma de los factores de AInIn

17.6355630

1

===

(ec. 13); suma de los valores

cuadrticos de corriente (ec.14) AnIIn

830

1

22 103 ===

El instrumento C determina el valor cuadrtico promedio de la corriente y luego aplica la

raz cuadrada al resultado, de este modo se obtiene el verdadero valor eficaz de la corriente.

Point No.31323334353637

3839404142434445464748495051525354

555657585960

Time0.0083340.0086110.0088890.0091670.0094450.009722

0.01

0.0102780.0105560.0108340.0111110.0113890.0116670.0119450.012222

0.01250.0127780.0130560.0133340.0136110.0138890.0141670.0144450.014723

0.0150.0152780.0155560.0158340.0161110.016389

Magnitude0

-622.981-1211.88

-1736.387-2171.528-2500.19

-2714.525

-2816.445-2817.186-2735.979-2597.951-2431.479-2265.252-2125.323-2032.453

-2000-2032.568-2125.538-2265.535-2431.787-2598.233-2736.184-2817.265-2816.357

-2714.243-2499.701-2170.836-1735.517-1210.869-621.881

(Mag)**20

388105.314686533015040471553462509507368646

79323627936537748558167493495912090513136745169984130865400000041313334517912513264959135886750815748670379369827931867

73671156248505471252930120191466204386736

Point No.1234567

89101112131415161718192021222324

252627282930

Time0

0.0002780.0005560.0008330.0011110.0013890.001667

0.0019440.0022220.0025

0.0027780.0030560.0033330.0036110.0038890.0041670.0044450.004722

0.0050.0052780.0055560.0058330.0061110.006389

0.0066670.0069450.007222

0.00750.0077780.008056

Magnitude0

622.6151211.5431736.0972171.2972500.0272714.431

2816.4162817.2132736.0472598.0452431.5822265.3472125.3952032.491

20002032.53

2125.4662265.4412431.6842598.1392736.1162817.2392816.386

2714.3372499.8642171.0671735.8071211.206622.248

(Mag)**20

387649.414678363014033471453162501357368136

79321997936689748595367498385912591513179745173044131020400000041311784517606513222359130876750326748633179368367932030

73676256249320471353230130261467020387192.6

Point No.31323334353637

3839404142434445464748495051525354

555657585960

Time0.0083340.0086110.0088890.0091670.0094450.009722

0.01

0.0102780.0105560.0108340.0111110.0113890.0116670.0119450.012222

0.01250.0127780.0130560.0133340.0136110.0138890.0141670.0144450.014723

0.0150.0152780.0155560.0158340.0161110.016389

Magnitude0

-622.981-1211.88

-1736.387-2171.528-2500.19

-2714.525

-2816.445-2817.186-2735.979-2597.951-2431.479-2265.252-2125.323-2032.453

-2000-2032.568-2125.538-2265.535-2431.787-2598.233-2736.184-2817.265-2816.357

-2714.243-2499.701-2170.836-1735.517-1210.869-621.881

(Mag)**20

388105.314686533015040471553462509507368646

79323627936537748558167493495912090513136745169984130865400000041313334517912513264959135886750815748670379369827931867

73671156248505471252930120191466204386736

Point No.31323334353637

3839404142434445464748495051525354

555657585960

Point No.31323334353637

3839404142434445464748495051525354

555657585960

Time0.0083340.0086110.0088890.0091670.0094450.009722

0.01

0.0102780.0105560.0108340.0111110.0113890.0116670.0119450.012222

0.01250.0127780.0130560.0133340.0136110.0138890.0141670.0144450.014723

0.0150.0152780.0155560.0158340.0161110.016389

Time0.0083340.0086110.0088890.0091670.0094450.009722

0.01

0.0102780.0105560.0108340.0111110.0113890.0116670.0119450.012222

0.01250.0127780.0130560.0133340.0136110.0138890.0141670.0144450.014723

0.0150.0152780.0155560.0158340.0161110.016389

Magnitude0

-622.981-1211.88

-1736.387-2171.528-2500.19

-2714.525

-2816.445-2817.186-2735.979-2597.951-2431.479-2265.252-2125.323-2032.453

-2000-2032.568-2125.538-2265.535-2431.787-2598.233-2736.184-2817.265-2816.357

-2714.243-2499.701-2170.836-1735.517-1210.869-621.881

Magnitude0

-622.981-1211.88

-1736.387-2171.528-2500.19

-2714.525

-2816.445-2817.186-2735.979-2597.951-2431.479-2265.252-2125.323-2032.453

-2000-2032.568-2125.538-2265.535-2431.787-2598.233-2736.184-2817.265-2816.357

-2714.243-2499.701-2170.836-1735.517-1210.869-621.881

(Mag)**20

388105.314686533015040471553462509507368646

79323627936537748558167493495912090513136745169984130865400000041313334517912513264959135886750815748670379369827931867

73671156248505471252930120191466204386736

(Mag)**20

388105.314686533015040471553462509507368646

79323627936537748558167493495912090513136745169984130865400000041313334517912513264959135886750815748670379369827931867

73671156248505471252930120191466204386736

Point No.1234567

89101112131415161718192021222324

252627282930

Time0

0.0002780.0005560.0008330.0011110.0013890.001667

0.0019440.0022220.0025

0.0027780.0030560.0033330.0036110.0038890.0041670.0044450.004722

0.0050.0052780.0055560.0058330.0061110.006389

0.0066670.0069450.007222

0.00750.0077780.008056

Magnitude0

622.6151211.5431736.0972171.2972500.0272714.431

2816.4162817.2132736.0472598.0452431.5822265.3472125.3952032.491

20002032.53

2125.4662265.4412431.6842598.1392736.1162817.2392816.386

2714.3372499.8642171.0671735.8071211.206622.248

(Mag)**20

387649.414678363014033471453162501357368136

79321997936689748595367498385912591513179745173044131020400000041311784517606513222359130876750326748633179368367932030

73676256249320471353230130261467020387192.6

Point No.1234567

89101112131415161718192021222324

252627282930

Time0

0.0002780.0005560.0008330.0011110.0013890.001667

0.0019440.0022220.0025

0.0027780.0030560.0033330.0036110.0038890.0041670.0044450.004722

0.0050.0052780.0055560.0058330.0061110.006389

0.0066670.0069450.007222

0.00750.0077780.008056

Time0

0.0002780.0005560.0008330.0011110.0013890.001667

0.0019440.0022220.0025

0.0027780.0030560.0033330.0036110.0038890.0041670.0044450.004722

0.0050.0052780.0055560.0058330.0061110.006389

0.0066670.0069450.007222

0.00750.0077780.008056

Magnitude0

622.6151211.5431736.0972171.2972500.0272714.431

2816.4162817.2132736.0472598.0452431.5822265.3472125.3952032.491

20002032.53

2125.4662265.4412431.6842598.1392736.1162817.2392816.386

2714.3372499.8642171.0671735.8071211.206622.248

Magnitude0

622.6151211.5431736.0972171.2972500.0272714.431

2816.4162817.2132736.0472598.0452431.5822265.3472125.3952032.491

20002032.53

2125.4662265.4412431.6842598.1392736.1162817.2392816.386

2714.3372499.8642171.0671735.8071211.206622.248

(Mag)**20

387649.414678363014033471453162501357368136

79321997936689748595367498385912591513179745173044131020400000041311784517606513222359130876750326748633179368367932030

73676256249320471353230130261467020387192.6

(Mag)**20

387649.414678363014033471453162501357368136

79321997936689748595367498385912591513179745173044131020400000041311784517606513222359130876750326748633179368367932030

73676256249320471353230130261467020387192.6

Valor pico =2817.21


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______________________________________________________________________


El valor cuadrtico promedio surge de elevar al cuadrado cada uno de los valores

muestreados y promediados a lo largo del ciclo.

Por ejemplo, el clculo promedio cuadrtico del instrumento es:

Luego, el valor real de la corriente es; AmperIRMS 1.2236=

En resumen, al comparar en la tabla 1.2 los valores calculados por los tres instrumentos

tenemos:

Los resultados expuestos dejan en evidencia, que los instrumentos convencionales miden

bien el valor eficaz, cuando la onda es senoidal pura. Una vez deformada la onda las

indicaciones del instrumento dejan de ser precisas.

1.3.6 Factor Cresta

El Factor Cresta es igual a la amplitud del pico de la forma de onda dividida por el valor

RMS. El propsito del clculo del factor cresta es dar al analista una rpida idea de que tan

distorsionada esta la forma de onda medida con respecto de una onda senoidal pura.

En la figura 1.8 se muestra un ejemplo del factor cresta.

En una perfecta onda sinusoidal, con una amplitud de 1, el valor RMS es igual a 0.707, y

el factor cresta es entonces igual a 1.41. Una perfecta onda sinusoidal no contiene distorsiones

y por lo tanto el factor cresta con un valor superior a 1.41 implica que hay algn grado de

distorsin.

Instrumento A IRMS (VALOR MEDIO) 2352 Amper

Instrumento B IRMS (VALOR PICO) 1991 Amper

Instrumento C IRMS TRUE 2236 Amper

AmperamperIAmperAmperIII RMSn

n 1.223610510560

103601 2626

28

2

30

1

22 ===== =

Tabla 1.2

Figura 1.8


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______________________________________________________________________


1.4 Necesidad de Supervisar

1.4.1 Introduccin

La energa elctrica es una de las formas de energa ms utilizada. Este tipo de energa noes posible de almacenar, por lo que su generacin, distribucin y consumo tiene que ser al

mismo tiempo. Eso lleva a que las generadoras estn diseadas para trabajar en mxima

demanda, sin embargo, muchas veces estas estn sobredimensionadas o subdimensionadas,

dependiendo de la condicin de la demanda de consumo.

El uso racional de la energa, implica tener el mximo consumo de la energa consumida y

de las instalaciones necesarias para su generacin, transporte y utilizacin. Garantizando un

funcionamiento, sin interferencias para todos aparatos, equipos y mquinas conectadas a la

red elctrica.

Para optimizar el suministro y hacer realmente un uso racional de la energa, as como para

hacer un control en la calidad de servicio del suministro elctrico, se requiere conocer el estado

real de las redes, as como los valores de sus parmetros elctricos mas importantes. Conocer

como estn repartidos los consumos a lo largo del tiempo (horas pico, estacionalidad, etc).

Cuanto requiere cada una de las cargas conectadas a la red, cuales son las cargas con factor

de potencia mas desfavorable y las posibles causas de bajo rendimiento en una instalacin.

En consecuencia, se debe disponer de instrumentacin adecuada para la medida, registro

y tratamiento de datos, los siguientes son los mbitos en los que se necesita medir la calidad

de energa :

Anlisis y control de instalaciones elctricas dentro de una planta industrial.

Anlisis de la Calidad de Energa Suministrada.

1.4.2 Anlisis y Control de Instalaciones Elctricas

La utilizacin de dispositivos electrnicos, tales como analizadores de redes, monitores de

circuitos, Etc. Permiten la medicin simultanea de varias magnitudes de una misma instalacin

elctrica. Estos disponen de varios canales de medicin que permiten obtener datos detensiones y corrientes de la red, lo que permite calcular valores de potencias activas y

reactivas, energas activas y reactivas consumidas en un determinado tiempo, factor de

potencia, consumos mximos, mnimos, promedios, etc.

La utilizacin de los equipos de medicin permite incrementar la productividad

automatizando la lectura de los instrumentos, identificar el consumo por sectores y asignar

costos por departamento o por productos.

Es posible asociarle mdulos de entrada y salidas digitales para que, en caso de un

incremento anormal de una variable, y dada una condicin de alarma se active una o ms

operaciones de relevacin.


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Adems, tienen la posibilidad de realizar la captura de formas de onda a partir de una

perturbacin elctrica brindando informacin precisa y necesaria para la localizacin de

averas.

La lectura de parmetros que miden la calidad de energa, como factor K , THD, etc.

Indican los problemas potenciales de los sistemas antes que estos sean crticos, parando odaando los equipos.

1.4.3 Anlisis de la Calidad de Energa Suministrada

Con la nueva regulacin que promueve el decreto supremo 327, se ha generado la

necesidad de disponer de datos y mediciones confiables, para analizar las redes elctricas,

auditar el servicio del suministro de energa, y establecer las emisiones de perturbaciones fuera

de los rangos permitidos.

Las responsabilidades de la buena calidad del suministro quedan sectorizadas segn el

rea que desempean en el sector elctrico, es por ello que podemos dividir el mercado en

cuatro partes:

Generadores: colocan su produccin en forma total o parcial en el sistema de

transmisin y distribucin nacional

Transmisin: se encargan de la transmisin y transformacin de la energa

elctrica desde el punto de entrega del generador hasta el punto de recepcin por

el distribuidor o gran usuario.

Distribuidor: responsable de abastecer a los usuarios finales que no tengan lafacultad de contratar su suministro en forma independiente.

Grandes usuarios: Contratan en forma independiente y para consumo propio su

abastecimiento de energa elctrica.

Cada uno de ellos deber tener los instrumentos aptos para medir la calidad de servicio,

donde registre en periodos regulares los niveles de tensin y energa suministrada, registrar

interrupciones de suministro y su duracin. Para despus procesar esta informacin para su

tratamiento.

La informacin suministrada permitir al usuario conocer las caractersticas de carga, el

rgimen de consumo que posee y la calidad del servicio prestado. Esta informacin le permitir

evitar penalidades por exceso de demanda y deficiente factor de potencia, as como determinar

las opciones ms favorables para la compra de energa.


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Capitulo 2: Introduccin Factores de Calidad de Energa (PQ).

2.1 Introduccin

El trmino "Calidad de Energa Elctrica" se emplea para describir la variacin de la

tensin, corriente, y frecuencia en el sistema elctrico, sin embargo, el concepto es muy amplio

y vale la pena estudiar, el por que se producen dichas variaciones.

En teora la red de distribucin elctrica en (BT) presentara, en ausencia de usuarios

(carga), una onda de tensin de calidad que solo se vera perturbada en ocasiones, por fallos

en las lneas y centros de transformacin, propiciada por factores no predictivos como por

ejemplo descargas elctricas atmosfricas principalmente.

Los usuarios al conectar cargas de diversos tipos y magnitudes, someten a la red a la

influencia de estas.

En los ltimos 10 aos debido a la evolucin tecnolgica de los sistemas electrnicos, haprovocado que cada vez sean mas las cargas no lineales que estn conectadas a las redes de

distribucin. Estas ltimas alteran las ondas de tensin y por consiguiente de corriente. Lo que

genera sobretensiones en las paradas e inyeccin de armnicas, entre otras perturbaciones.

Las perturbaciones elctricas de los sistemas se pueden dividir en 2:

Perturbaciones aleatorias: provocadas principalmente por factores no predictivos

ambientales (por ejemplo RAYOS).

Perturbaciones Estacionarias provocadas principalmente por todo el espectro de

cargas no lineales.

La calidad de la electricidad se ha convertido en un objetivo estratgico para las compaas

de electricidad, para el personal de mantenimiento o de gestin de las instalaciones terciarias o

industriales, y para los fabricantes de equipos, especialmente por estos motivos:

La necesidad econmica de aumentar la competitividad entre las empresas,

La generalizacin de equipos sensibles a las perturbaciones de tensin, siendo,

tambin ellos a su vez, perturbadores. la liberalizacin del mercado de la electricidad.

2.1.1 La necesidad econmica de aumentar la competitividad entre las empresas

a)La reduccin de costes debidos a la prdida de continuidad del servicio y a la falta de

calidad.

El costo de las perturbaciones (cortes, sags de tensin, armnicos, sobretensiones

atmosfricas, etc) es elevado.

Estos costes deben de tener en cuenta, entre otros, la falta de produccin, las prdidas de

materias primas, el reinicio de las mquinas-herramientas, la falta de calidad de la produccin,


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los retrasos de las entregas, el mal funcionamiento o la parada de receptores prioritarios (los

ordenadores, el alumbrado y sistemas de seguridad), pueden poner en entredicho la seguridad

de las personas (hospitales, balizamiento de los aeropuertos, locales de pblica concurrencia,

edificios de gran altura, etc.).

Es determinante tambin la deteccin anticipada de los problemas mediante unmantenimiento preventivo, dirigido y optimizado.

Se constata adems una transferencia de responsabilidad del industrial-usuario hacia el

constructor de los equipos para asegurar el mantenimiento de las instalaciones; el constructor

se convierte en proveedor del producto electricidad.

b) La reduccin de los costes debidos al sobredimensionamiento de las instalaciones y

aumento de las facturas de electricidad

c)Otras consecuencias ms disimuladas pero perversas de la degradacin de la calidad de

energa elctrica son:

- La disminucin del rendimiento energtico de la instalacin, lo que hace ms costosa la

factura energtica.

- La sobrecarga de la instalacin, que provoca un envejecimiento prematuro aumentando el

riesgo de averas, lo que a su vez obliga a un sobredimensionamiento o redundancia de las

instalaciones de distribucin.

Por tanto, los usuarios profesionales de la electricidad expresan la necesidad de optimizar

el funcionamiento de sus instalaciones elctricas.

2.1.2 La generalizacin de equipos sensibles a las perturbaciones de tensin

Debido a sus mltiples ventajas (flexibilidad de funcionamiento, excelente rendimiento,

buenas prestaciones) se constata el desarrollo y la generalizacin de uso de autmatas y

variadores de velocidad en la industria, sistemas informticos y alumbrados flo-compactos en

el sector de servicios y en el domstico. Estos equipos tienen la particularidad de ser a la vezsensibles a las perturbaciones de la tensin y generadores de perturbaciones.

Su abundancia dentro de un mismo emplazamiento exige una alimentacin elctrica cada

vez mejor en trminos de continuidad y de calidad. En efecto, la parada temporal de un

elemento de la cadena puede provocar la parada del conjunto del sistema de produccin

(fbricas de semiconductores, de cemento, tratamiento del agua, logstica de suministros,

imprentas, industrias siderrgicas o petroqumicas) o de servicios (telecomunicaciones, centros

de clculo, bancos, etc).


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______________________________________________________________________


En consecuencia, los trabajos de la CEI sobre compatibilidad electromagntica (CEM)

concluyen en normas y recomendaciones cada vez ms exigentes (en cuanto a las limitaciones

de los niveles de emisin de perturbaciones).

2.1.3 Objetivos de la medida de la calidad de la energa

Segn las aplicaciones, los parmetros a medir y la precisin de la medida no son los

mismos.

- Aplicacin contractual

Dentro de un mercado liberalizado, pueden establecerse relaciones contractuales entre el

proveedor y el usuario final o entre el productor y la empresa de transporte, y hasta entre la

empresa de transporte y la de distribucin. Una relacin contractual necesita que sus trminos

se definan de comn acuerdo y que sean aceptados por las diferentes partes. Se trata por

tanto de definir los parmetros de medida de la calidad y de comparar sus valores con los

lmites predefinidos, incluso contractuales.

Esta aplicacin requiere frecuentemente el tratamiento de un nmero importante de datos.

- Mantenimiento correctivo

A pesar del respeto de las reglas del arte (diseo del esquema general, eleccin de las

protecciones, del esquema de conexin a tierra o rgimen de neutro y aplicacin de las

soluciones adaptadas) desde la fase de diseo, pueden presentarse disfunciones durante la

explotacin:

Las perturbaciones pueden haber sido olvidadas o subestimadas

La instalacin ha evolucionado (cargas nuevas y/o modificaciones).

Debido a estos problemas es frecuente tener que realizar acciones correctivas. Y tambin

es frecuente pretender obtener resultados muy rpidamente, lo que puede llevar a

conclusiones precipitadas o infundadas.

Los sistemas de medida porttiles (durante un tiempo limitado) o los aparatos fijos

(vigilancia permanente) facilitan el diagnstico de las instalaciones (deteccin y archivo de las

perturbaciones y disparo de alarmas).


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- Optimizacin del funcionamiento de las instalaciones elctricas

Para conseguir mejoras en la productividad (economas de funcionamiento y/o reduccin

de los costes de explotacin) es necesario tener un buen funcionamiento de los procesos y una

buena gestin de la energa, dos factores que dependen de la Calidad de energa elctrica.Disponer de una calidad de energa elctrica adaptada a las necesidades es un objetivo del

personal de explotacin, de mantenimiento y de gestin de las instalaciones de los sectores

terciario o industriales. Se necesitan para ello programas (software) complementarios que

aseguren el mando y control de las instalaciones y supervisin constante de las mismas.

- Estudios estadsticos

El anlisis de estos datos requiere un estudio estadstico basado en numerosos resultados

obtenidos mediante encuestas realizadas generalmente por los explotadores de las redes de

transporte y de distribucin.

Encuestas sobre las prestaciones generales de una red Permiten, por ejemplo:

a)Planificar y definir las intervenciones preventivas gracias a una cartografa de los

niveles de perturbaciones de una red. Esto permite reducir los costes de explotacin,

mejorando a la vez el control de las perturbaciones. Una variacin anormal respecto a los

valores medios puede detectarse y relacionarse con la conexin de nuevas cargas.

Tambin se pueden estudiar las tendencias estacinales o las derivas.

b) Comparar la Calidad de energa (PQ) que proporcionan los diversos distribuidores

en las diferentes zonas geogrficas. En efecto, los clientes potenciales pueden querer

conocer las caractersticas de fiabilidad de suministro de la electricidad antes de instalar

nuevas fbricas.

c) Encuestas sobre las prestaciones en un punto concreto de la red Permiten, por

ejemplo:

Determinar el entorno electromagntico al que quedar sometida una futura instalacin

un nuevo equipo. Por tanto, pueden llevarse a cabo, preventivamente, acciones de mejora dela red de distribucin y/o la desensibilizacin de la del cliente.

Especificar y verificar las prestaciones o condiciones que recoger el contrato con el

proveedor. Estas informaciones sobre la calidad de la electricidad son particularmente

estratgicas para las compaas suministradoras que en el contexto de la liberalizacin del

mercado de la energa buscan la mejor competitividad, la satisfaccin de las necesidades y la

fidelizacin de sus clientes.


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2.2 Mediciones de PQ

Las perturbaciones electromagnticas susceptibles de afectar al buen funcionamiento de

los equipos y de los procesos industriales se clasifican generalmente en varias clases, que

corresponden a las perturbaciones conducidas y radiadas:

De baja frecuencia (< 9 kHz),

De alta frecuencia (>= 9 kHz),

De descargas electrostticas.

La medida de PQ consiste habitualmente en determinar las perturbaciones

electromagnticas conducidas de baja frecuencia (gama ensanchada para incluir las

sobretensiones transitorias y la transmisin de seales en la red).

Otras medidas adicionales

Sag y Swell y cortes

Sobretensiones transitorias (transient overvoltages),

Fluctuaciones de tensin (voltage fluctuacions),

Desequilibrios de tensin (voltage unbalance),

Flicker

En general no es necesario medir todo el conjunto de estas perturbaciones.

Pueden agruparse en cuatro categoras que afecten a la amplitud, la forma de onda,

frecuencia y la simetra de la tensin. Frecuentemente, una misma perturbacin afecta o

modifica a la vez a varias de estas caractersticas. Pueden tambin clasificarse segn su

carcter aleatorio (rayo, maniobra, cortocircuito), en permanentes o semipermanentes.


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2.2.1 Sag, Swell y Cortes

Definiciones

Un Sag es una bajada sbita de la tensin en un punto de una red de energa elctrica,hasta un valor comprendido entre el 90% y el 1% (CEI 61000-2-1, CENELEC EN 50160), o

entre el 90% y el 10% (IEEE 1159 de una tensin de referencia Uref), seguida de un

restablecimiento de la tensin de red despus de un corto lapso de tiempo comprendido entre

un semiperodo de la fundamental de la red (10 ms a 50 Hz) y un minuto (figura 2.1 [a]).

Generalmente, la tensin de referencia es la tensin nominal para las redes BT y la tensin

declarada para las redes MT y AT. Tambin puede utilizarse una tensin de referencia

desplazada, igual a la tensin antes de la perturbacin, en las redes MT y AT equipadas con un

sistema de ajuste (ajuste en carga) de la tensin en funcin de la carga. Esto permite estudiar

(con la ayuda de medidas simultneas en cada red) la transferencia del sag entre los diferentes

niveles de tensin.

El mtodo que se utiliza normalmente para detectar y caracterizar un Sag de tensin es el

clculo del valor eficaz rms (1/2) de la seal en un perodo de la fundamental de todos los

semiperodos (envolvente de un semiperodo) (figura 2.1[b]).

Los parmetros caractersticos (figura 9b) de un Sag de tensin son pues:

- Su profundidad: U (o su amplitud U),

- Su duracin T, definida como el lapso de tiempo durante el cual la tensin es inferior al

90%. Se habla de sag de tensin a x % si el valor rms (1/2) est por debajo de x % del valor de

referencia Uref.

Los cortes son un caso particular de Sag de tensin de profundidad superior al 90% (IEEE)

o al 99% (CEI-CENELEC). Se caracterizan por un nico parmetro: la duracin. Los breves

tienen una duracin inferior a 3 minutos (CENELEC) o a 1 minuto (CEI-IEEE).

Tienen su origen principalmente en los reenganches automticos lentos destinados a evitar

los cortes largos (ajustados entre 1 y 3 minutos); los cortes largos son de una duracin

superior. Los cortes breves y los cortes largos son diferentes, tanto por su origen como por las

soluciones a aplicar para prevenirlos o para reducir su nmero. Las perturbaciones de tensinde duracin inferior a un semiperodo de la fundamental T de la red (T < T/2) se consideran

como si fueran transitorios.

Los americanos utilizan diferentes adjetivos para calificar los huecos de tensin (sag) o

(dip) y los cortes (interruption) segn su duracin:

- Instantneo (instantaneous) (T/2 > T > 30 T).

- Momentneo (momentary) (30 T > 3 s).

- Temporal (temporary) (3 s > T > 1 min).

- Mantenido (sustained interruption) y subtensin (undervoltage) (T > 1 min).


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En funcin del entorno, las tensiones medidas pueden ser entre conductores activos (entre

fases o entre fase y neutro) o entre conductores activos y tierra (fase/tierra o neutro/tierra), o

tambin entre conductores activos y conductor de proteccin.

En el caso de un sistema trifsico, las caractersticas U y T son en general diferentes en

las tres fases. Por este motivo un hueco de tensin debe de detectarse y caracterizarseseparadamente en cada una de las fases.

Se considera que un sistema trifsico sufre un hueco de tensin si al menos una de las

fases sufre este tipo de perturbacin.

Figura 2.1 ejemplo de Sag de tensin

Parmetros caractersticos de un sag detensin:

[a] forma de onda,[b] rms (1/2).


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Origen de los Sag de tensin

Los Sag de tensin y los cortes breves estn ocasionados principalmente por los

fenmenos conducidos por corrientes elevadas que provocan, a travs de las impedancias de

los elementos de la red, una cada de tensin de amplitud tanto menor cuanto ms alejado dela fuente de perturbacin est el punto de observacin.

Los Sag de tensin y los cortes breves se deben a las siguientes causas:

Defectos en la red de transporte (AT), de distribucin (BT y MT), o en la instalacin en

s misma.

La aparicin de los defectos provoca sag de tensin a todos los usuarios. La duracin

de un sag depende generalmente de las temporizaciones de funcionamiento de los

rganos de proteccin. Cuando los dispositivos de proteccin (interruptores

automticos, fusibles) aslan o separan un defecto, se producen cortes (cortos o largos)

en la red de los usuarios alimentados por la seccin con defecto. Aunque la fuente de

alimentacin haya desaparecido, la tensin en la red puede mantenerse debido a la

tensin residual que siguen suministrando los motores asncronos o sncronos en

proceso de ralentizacin (durante 0,3 a 1 s) o a la tensin procedente de la descarga

de los condensadores conectados a la red.

Los cortes breves se deben generalmente a la actuacin de los automatismos de red,

como los reenganches rpidos y/o lentos o la conmutacin de transformadores o de

lneas. Los usuarios sufren una sucesin de huecos de tensin y/o de cortes breves al

producirse defectos con arcos intermitentes, o durante los ciclos de desenganche y

reenganche automticos (en red area o radial) que permiten la eliminacin de los

defectos transitorios, o incluso cuando se reenva una tensin para localizar un defecto.

La conmutacin de cargas de gran potencia respecto a la potencia de cortocircuito

(motores asncronos, hornos de arco, mquinas de soldar, calderas).

Se producen cortes largos cuando los dispositivos de proteccin aslan definitivamente

un defecto permanente, o cuando se produce la apertura, voluntaria o intempestiva deun aparato o mecanismo.

Los sag de tensin y los cortes se propagan hacia los niveles de tensin inferiores a

travs de los transformadores. El nmero de fases afectadas, as como la gravedad de

estos sags de tensin, dependen del tipo de defecto y del acoplamiento del

transformador.

El nmero de sag de tensin y de cortes es ms elevado en las redes areas,

sometidas a la intemperie, que en las redes subterrneas.


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Pero una derivacin subterrnea con origen en el mismo juego de barras que las areas o

mixtas sufrir tambin los huecos de tensin debidos a los defectos que afectan a las lneas

areas.

Los transitorios (T < T/2) son causados, por ejemplo, por la conexin decondensadores o el aislamiento de un defecto por un fusible o por un interruptor

automtico rpido BT, o incluso por las muescas de las conmutaciones de

convertidores polifsicos.

2.2.2 Variaciones y fluctuaciones de tensin

Las variaciones de tensin son variaciones del valor eficaz o del valor de cresta de una

amplitud inferior al 10% de la tensin nominal. Las fluctuaciones de tensin son una sucesin

de variaciones de tensin o de variaciones cclicas o aleatorias de la envolvente de una tensin

cuyas caractersticas son la frecuencia de la variacin y su amplitud.

- Las variaciones lentas de tensin estn causadas por la variacin lenta de las cargas

conectadas a la red.

- Las fluctuaciones de tensin son debidas principalmente a las variaciones rpidas de las

cargas industriales, como las mquinas de soldar, los hornos de arco, las laminadoras.

2.2.3 Desequilibrios

Un sistema trifsico est desequilibrado cuando las tres tensiones no son iguales en

amplitud y/o no estn defasadas unas respecto a otras 120. El grado de desequilibrio se

define utilizando el mtodo de las componentes de Fortescue, calculando la razn de la

componente inversa (U1i) (u homopolar (U1o)) de la fundamental respecto a la componente

directa (U1d) de la fundamental.

dU

oUUoy

dU

iUUi

1

1

1

1________

==

Tambin puede utilizarse la frmula aproximada siguiente:

siendo:

Vi = tensin de la fase i y3

321 VVVVmed++

=

Vmed

VmedViimxUi

=


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La tensin inversa (u homopolar) est provocada por las cadas de tensin que, a lo largo

de las impedancias de la red, se producen debido a las corrientes inversas (u homopolares)

producidas por las cargas desequilibradas que conducen a unas corrientes no idnticas en las

tres fases (cargas BT conectadas entre fase y neutro, cargas monofsicas o bifsicas MT,

como mquinas de soldar y hornos de induccin).Los defectos monofsicos o bifsicos provocan los desequilibrios hasta que actan las

protecciones.

Cuadro resumen de perturbaciones

Tabla 2.1 tabla de resumen de perturbaciones


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2.2.4 Sobretensiones transitorias

Las redes de distribucin elctrica y redes de telecomunicacin (redes telefnicas,

analgicas, digitales, informticas o de datos), estn sometidas continuamente a un nmero

elevado de sobretensiones transitorias, es decir, a un gran aumento del valor eficaz de latensin de la lnea durante un perodo de tiempo muy corto (del orden de s). debido a su

aleatoriedad y difcil prediccin, aparecern en cualquier momento pudiendo inutilizar alguno de

los receptores conectados, que pueden tener elevado valor econmico: paralizar la produccin

de una fbrica con el coste que esto supone, destruir la instalacin elctrica o producir daos

en las personas.

Estas sobretensiones transitorias pueden tener tres orgenes bien diferenciados:

Sobretensiones debidas a descargas atmosfricas.

Sobretensiones debidas a maniobras en la red.

Sobretensiones debidas a descargas electrostticas.

Las sobretensiones atmosfricas

Como su nombre indica, se deben a la cada directa o indirecta de rayos, uno de los

fenmenos ms espectaculares y comunes jams visto. Son menos habituales que las de

maniobra (aproximadamente, el 20%), pero mucho ms peligrosas, pues poseen valores de

cresta mucho ms elevados y una alta energa. Y pueden provocar tanto la destruccin de losreceptores como el envejecimiento prematuro y el mal funcionamiento de los mismos.

Las sobretensiones de maniobra

Estn causadas principalmente por conmutaciones de potencia en las lneas de red,

accionamiento de motores, dispositivos de mando, etc. Son las ms habituales (el 75-80% de

las sobretensiones transitorias). La sobretensin no es muy elevada, de manera que produce

en la mayora de los receptores un envejecimiento prematuro o un mal funcionamiento.

Las sobretensiones debidas a descargas electrostticas

Se producen en un medio seco donde las cargas se acumulan creando un campo

electrosttico elevado. Estas sobretensiones son especialmente peligrosas para los equipos

electrnicos.


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A continuacin se muestra los parmetros principales de las distintas sobretensiones

transitorias.

Tabla 2.2 parmetros de las sobretensiones

Consecuencias de las sobretensiones transitorias

La influencia de las sobretensiones transitorias sobre los circuitos electrnicos puede llegar

a causar su destruccin en caso extremo, pero tambin puede provocar fallos de

funcionamiento en los receptores y resultar un peligro para las personas.

Efectos en las personas

Debido al efecto de una sobretensin, se puede producir un sobrealimentado en el circuito

de masas y una subida de potencial. En este caso, el hecho de tocar un objeto conectado a

tierra puede constituir un riesgo en el momento preciso en que esta tierra evacua la corriente.

La red de masas de una instalacin debe estar unida por una impedancia baja, de manera quese pueda limitar las diferencias de potencial entre los objetos metlicos accesibles

simultneamente por la misma persona.

El riesgo de electrocucin de una persona est ligado no a este aumento de tensin de la

tierra, sino a la corriente que circula a travs de ella. Los principales parmetros que se deben

tener en cuenta son:

La amplitud y duracin de la aplicacin de la corriente.

El trayecto seguido por sta a travs del cuerpo.

El valor de las impedancias existentes.


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Proteccin contra sobretensiones transitorias

Se dispone de poca informacin respecto a la estabilidad de los componentes en el

momento en el que soportan sobretensiones. Sin embargo, se conoce, generalmente, que la

mayora de los dispositivos de estado slido no deben de estar sometidos a sobretensiones,aunque sean de corta duracin, si stas exceden incluso ligeramente los picos de sobretensin

que se presentan durante el funcionamiento normal del equipo. Como se ha comentado

anteriormente, las consecuencias finales en los receptores de las sobretensiones transitorias

son el deterioro y la destruccin de los materiales, el mal funcionamiento de los equipos

(perturbaciones informticas, arranque de motores cuando no deben o disparo de una alarma)

y, finalmente, el envejecimiento prematuro de los receptores.

En la tabla 2.3 se comparan varios componentes en cuanto a su posible destruccin a

causa de las sobretensiones y en funcin de la energa de las mismas.

Tabla 2.3 Efectos de las sobretensiones transitorias sobre equipos y componentes

en funcin de la energa de dichas sobretensiones

El riesgo de sobrealimentado depende de la tensin aplicada y/o del grado de polucin. Por

esta razn, los aparatos elctricos deben cumplir ciertas normas que definen, especialmente,

cuatro categoras de sobretensiones y cuatro grados de polucin (tabla 2.4) El grado de

polucin normal se valora de manera diferente segn la aplicacin:

Para aplicaciones industriales: salvo prescripcin en contra de la norma del material

correspondiente, los materiales para aplicaciones industriales estn en general destinados a

ser utilizados en ambientes con grado de polucin 3.

Para aplicaciones domsticas: salvo prescripcin en contra de la norma del material

correspondiente, los materiales para aplicaciones domsticas y similares estn en general

destinados a ser utilizados en entornos con grado de polucin 2.


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Tabla 2.4 niveles de polucin sobretensiones transitorias

Protecciones primarias

Las protecciones primarias pretenden proteger los lugares de las cadas directas de rayos

permitiendo una captacin y circulacin de la corriente de rayo hacia el suelo.

Una instalacin de este tipo se compone de una lnea de captacin o terminal areo, unas

lneas bajantes o derivadores y una red densa de toma de tierra o, en su defecto, clavas de

profundidad de 9 m como mnimo en cada derivador, de manera que el rayo pueda derivarse al

subsuelo sin problemas.

El principio se basa en una zona de proteccin determinada por una estructura ms

elevada que el resto.

Existen tres grandes tipos de proteccin primaria:

Los pararrayos: proteccin primaria ms antigua y comn.

Los tendidos areos.

La caja mallada de Faraday.


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Protecciones secundarias

Las protecciones secundarias se encargan de los efectos indirectos del rayo y/o de las

sobretensiones de maniobra. Su principio consiste en crear un circuito de derivacin a tierra,

permitiendo as la descaga de la corriente del rayo por cebado o conduccin.Se agruparan en:

Los limitadores para redes BT.

Los filtros.

Los absorbedores de onda.

En el capitulo 4 se revisar como podemos proteger los equipos contra las sobretensiones

transitorias.

2.2.5 Fluctuaciones de voltaje Flicker

El Flicker o parpadeo es el fenmeno de variacin de la intensidad luminosa que afecta la

visin humana, principalmente en el rango de fracciones de Hz a 25 Hz. Este fenmeno

depende de los niveles de percepcin de los individuos. Sin embargo, se ha comprobado

estadsticamente que la visin humana responde a una curva de respuesta de frecuencia cuya

sensibilidad mxima est en 8.8 Hz, en que variaciones de 0.25% de voltaje ya producen

fluctuaciones luminosas en lmparas que son perceptibles como parpadeo.

Se produce por consumos de naturaleza esencialmente variable como hornos de arco,

soldadoras de arco, laminadores siderrgicos, partidas y paradas de grandes motores,

sistemas de traccin elctrica de c.a., compresores, bombas, grupos elevadores, etc. Tambin

la generacin de interarmnicas puede provocar una mezcla de frecuencias que contribuyen a

variaciones lentas en el rango de 0-25 Hz.

Este tema cobra vigencia pues estos efectos se superponen a las perturbaciones

armnicas y se hacen mayores en la medida que crece la relacin de consumo no lineal sobre

la potencia de cortocircuito en el punto de acoplamiento comn.

El problema global es reducir conjuntamente el efecto Flicker, la potencia reactiva ydistorsin armnica a niveles admisibles.

MTODO STANDARD (UIE, IEC 868)

Este mtodo, propuesto por UIE (International Electrothermy Union), busca

internacionalizar un criterio de medicin. Flexible y amplio, este mtodo incluye las principales

caractersticas de los mtodos francs e ingls. El mtodo standard utiliza la funcin FPC,

Curva de Probabilidad Acumulada, que ya apreciamos en la definicin del mtodo Ingls,


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como una manera de representar la severidad del nivel de flicker. Para esto, es necesario

definir dos nuevas variables:

PST = Severidad de Parpadeo a Corto Plazo

PLT= Severidad de Parpadeo a Largo Plazo

El PST

El PST o trmino corto de probabilidad, es adecuado cuando se analizan perturbaciones de

una fuente. Se define por la ecuacin :

PST = ( 0.0314 P0.1 + 0.0525 P1 + 0.0657 P3 + 0.28 P10 + 0.08 P50 )

Pj = Nivel excedido para i% del tiempo registrado tomado de la curva de funcin de

probabilidad acumulada acumulativa FPCC.

Equivalen a los percentiles de la curva de Probabilidad Acumulada. Los coeficientes de

ponderacin indicados corresponden a un PST =1 con la curva de perceptibilidad del parpadeo

especificada en la norma IEC-555-3.

El PLT

Para aparatos generadores de perturbaciones que poseen ciclos de trabajo superiores al

perodo de observacin de 10 minutos, fijado para evaluar la severidad de parpadeo a corto

Plazo (PST), por ejemplo hornos de arco, se debe establecer una metodologa de clculo

apropiada. Se busca una metodologa equivalente a la ya establecida y se define el trmino de

Severidad a Largo Plazo , PLT, y que se plantea en funcin de la PST , y se define por :

)3*)((3

1

1

=

=

=nJ

j

PSTjn

PLT

Donde :

PSTj = Es el PST del j-simo perodo de 10 minutos.

N = Cantidad de intervalos de 10 minutos considerados.

Flicker con Varias Fuentes de Distorsin

Para evaluar el nivel de severidad de parpadeo en un nodo cualquiera de la red de

distribucin, conocidos los valores de severidad del parpadeo que produce cada carga

perturbadora en el nodo estudiado, puede usarse la siguiente expresin aproximada propuesta:

)*)((11=

=

=nJ

j

mPSTjm

PST


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Donde :

PST = Es el nivel de severidad del parpadeo producido en el nodo por el total de las j

cargas perturbadoras.

PST j = Es el PST de la j-sima carga perturbadora.

M = Coeficiente que vara entre 1 y 4 dependiendo de las caractersticas de los principalesgeneradores de perturbaciones Flicker.

Para algunos casos se tiene :

m = 1 , para fluctuaciones de tensin de la misma forma y sincrnicas.

m = 2 o 3,para fluctuaciones de tensin separadas temporalmente entre 1 y 300 segundos.

m = 2, para fluctuaciones de tensin complejas con probabilidad de superposicin

temporal.

m = 3 , para fluctuaciones de tensin complejas con baja probabilidad de superposicin

temporal.

Medicin Normalizada de Flicker (IEC 868)

Un medidor de Flicker normalizado se detalla en el diagrama de bloques de la figura 2.2.

Bloque 1 : Sensor de Voltaje.

Bloque 2 : En primer lugar el valor sensado de voltaje se eleva al cuadrado, ya que la

luminosidad depende del cuadrado de la tensin.

Bloque 3 : Un filtro demodulador elimina la componente continua (se hace cero el valor

RMS de referencia) y las seales de frecuencia superior a 35 Hz. Separa las fluctuaciones de la

portadora.

Bloque 4 :Un filtro adicional considera la caracterstica de la visin humana, de modo que

a la salida de este filtro se tiene la fluctuacin de voltaje ponderada asociada al voltaje de la

red. Simula la respuesta del sistema ojo-lmpara. Alcanza su mxima respuesta en los 8,8 Hz.

Bloques 5 y 6 : Un multiplicador cuadrtico y un filtro de primer orden de una constante de

tiempo de 300 mseg permite simular la respuesta no lineal del sistema humano ojo-cerebro y

almacenaje cerebral de la informacin.

Un extractor de raz permite calcular el valor efectivo del flicker. Con varios de estos valoreses posible realizar estudios estadsticos de flicker. De aqu es posible analizar la informacin a

travs de grficos y otros bloques adicionales.


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figura 2.2 Diagrama de Bloques Medidor segn norma IEC 868.

En la figura adjunta se ilustra un ejemplo con la grfica de los valores tabulados segnclasificacin. Se considera un Nmero de Muestras NM y la Frecuencia Relativa se obtiene

como sigue :

MuestrasdeN

FrecuenciarelativaFrecuencia

=

Figura 2.3 diagrama de ocurrencia de los distintos niveles de flicker

La funcin de Probabilidad Acumulada se define como sigue :


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100*%MuestrasdeN

AcumuladaFrecuenciaadprobabilid

=

Figura 2.4 diagrama de frecuencia acumulada de los distintos niveles de flicker

En el ttulo IX: Disposiciones transitorias, pg. 59 (versin marzo 1995), el art. 8

seala en su prrafo 6, textualmente:

6. Severidad de parpadeo

El ndice de severidad de parpadeo o flicker, ser evaluado estadsticamente en

intervalos consecutivos de 10 minutos durante un perodo de registro de mediciones de una

semana cualquiera del ao o de siete das consecutivos, y no deber exceder 1.00 para

tensiones iguales o inferiores a 110 KV ni exceder 0.79 para tensiones superiores a 110 KV.

El ndice de severidad de flicker, evaluado estadsticamente en intervalos consecutivos de

dos horas durante un perodo de registro de mediciones de una semana cualquiera del ao o

de siete das consecutivos, no deber exceder 0.74 para tensiones iguales o inferiores a 110

KV ni exceder 0.58 para tensiones superiores a 110 KV.

Ambos ndices se calcularn considerando la norma correspondiente dictada por el

Ministerio a proposicin de la Comisin. La medicin y el registro se efectuarn en cualquier

punto de la red.


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Capitulo 3: Armnicos

3.1 Definicin

Las redes de distribucin y los equipos elctricos de potencia se disean, tradicionalmente,

bajo la hiptesis de carga lineal. En este tipo de carga, las formas de onda de las tensiones y

las corrientes son sinusoidales. Sin embargo, cada vez son mas las cargas electrnicas, las

fuentes de alimentacin con rectificadores (tan tpicas en los equipos informticos), ciertos tipos

de alumbrado fluorescente, etc. Todos ellos se caracterizan por absorber la corriente en cortos

impulsos de tiempo en vez de hacerlo suavemente en forma sinusoidal.

Estos impulsos originan armnicas de corriente, es decir, corrientes Senoidales con

frecuencias que son mltiplos de la fundamental (50 Hz nominales de la red). Las instalaciones

y equipos elctricos tradicionales no estn preparados para soportar estas corrientes de

elevada frecuencia. La situacin se empeora cuando se tiene en cuenta que las armnicas decorriente provocan la distorsin de la tensin a travs de la impedancia de la red elctrica de

distribucin.

3.2 Distorsin de la seal senoidal

El teorema de fourier demuestra que cualquier funcin peridica no sinusoidal, puede ser

representada como suma de trminos (serie) compuesta de:

Un trmino sinusoidal a la frecuencia fundamental.

Trminos sinusoidales (armnicos) cuyas frecuencias son mltiplos de la frecuencia

fundamental.

En algunos casos, una componente de corriente continua.

De modo de visualizar cual es la componente de rango H (generalmente denominado

armnico de rango h) veremos a continuacin cual es la componente sinusoidal de la seal,

cuya frecuencia es n veces la frecuencia fundamental.

La ecuacin correspondiente a la descomposicin armnica de una funcin peridica es:

=

+=n

n

nn nwtsenyyty1

0 )(2)(

Donde

y0 = Valor del componente en C.C., generalmente cero y considerado como tal en adelante.

yn= Valor RMS del armnico de rango h.

w = frecuencia angular de la frecuencia fundamental.

Ejemplos de seal (ondas de tensin y corriente) en un sistema de distribucin elctrico:


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El valor de la frecuencia fundamental (o armnico de rango 1) es de 50 hertz (Hz).

El segundo valor armnico tiene una frecuencia de 100 Hz.

El tercer valor armnico tiene una frecuencia de 150 Hz.

El cuarto valor armnico tiene una frecuencia de 200 Hz.

Etc.

En la figura 3.1 se muestra una seal de corriente afectada por la distorsin armnica.

Figura 3.1 [a] Forma de onda de corriente distorsionada, [b] componente de armnicas

equivalente

3.3 Forma de representacin: espectro de frecuencia

El espectro de frecuencia es un mtodo grfico muy prctico que permite la representacin de

los armnicos que componen una seal peridica.El espectro es un histograma que indica la amplitud de cada armnico en funcin de su

rango.

Este tipo de anlisis se llama tambin anlisis espectral, el espectro en frecuencia indica

que armnicos estn presentes, su importancia relativa y su aporte a la distorsin de la onda.

La figura 3.2 muestra el espectro de frecuencia de la figura anterior.

Figura 3.2 Espectro de Frecuencia

a b


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3.4 Fuente de Armnicos y anlisis de diferentes cargas

Los armnicos en la red son los subproductos de la electrnica moderna. Se manifiestan

especialmente donde hay un gran nmero de computadoras personales, motores de velocidad

regulable y otros equipos que absorben corrientes en forma de impulsos cortos.Los equipos generadores de armnicos estn presentes en todas las instalaciones

industriales, comerciales y residenciales.

Como hemos expuesto las cargas no lineales, son las que provocan armnicos en la red,

por lo que el conocimiento de estas es meritorio de estudiar.

3.4.1 Carga informtica

Este tipo de carga, como muchos otros aparatos electrnicos, utilizan alimentaciones

estticas, en la figura 3.3 [a],[b],[c] se muestra un esquema bsico de una PC.

Estas, incluyen un rectificador en puente de graetz con un condensador en cabeza. Este

condensador sirve de reserva de energa para alimentar la carga entre dos crestas

consecutivas de tensin rectificada.

La corriente I se establece cuando la tensin e supera a la tensin continua U y circula

durante un tiempo relativamente breve para cargar el condensador a su tensin nominal.

En resumen, es una carga monofsica que genera fuertes corrientes armnicas de rango

impar sobre una banda ancha del armnico 3 al 15 (H 3a H15), tiene un tipo de consumo en

incremento.

Figura 3.3 [a] Esquema bsico de una PC, [b] formas de onda y [c] espectro armnico

7/25/2019 Curso de Calidad d

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