UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL Facultad Regional Avellaneda Depto. ELECTROTECNIA Cátedra ELECTRÓNICA II Trabajo Práctico Nº 2 CALIDAD DE LA ENERGIA - PERTURBACIONES EN LA RED HOJA Nº 1

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL AVELLANEDA

ELECTROTECNIA

ELECTRONICA II

TRABAJO PRACTICO Nº 2

CALIDAD DE LA ENERGIA PERTURBACIONES EN LA RED

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RESUMEN El constante crecimiento de la contaminación armónica plantea nuevos problemas en las redes de distribución eléctrica. Dentro de esta temática se destacan la corrección del factor de potencia y el subdimensionamiento del conductor neutro. En este trabajo se trata de mostrar una forma de encarar el estudio de estos temas. INTRODUCCIÓN Calidad de la Energía (Power Quality) es hoy en día un término de creciente difusión tanto en provisión como en la demanda de energía. Hasta hace menos de dos décadas la aparición de armónicos en las redes de distribución solo se limitaba a las zonas con demanda industrial, donde era posible encontrar cargas con comportamiento alineal tales como hornos de arco y rectificadores. Éstas aparecían a menudo enmascaradas por el resto del consumo, constituido por motores eléctricos, hornos de resistencia y alumbrado, este último en gran parte incandescente. En cambio, actualmente el rápido desarrollo de componentes electrónicos de potencia y el aumento de su confiabilidad han permitido que estos se incorporen masivamente a las industrias, los cuales junto con las lámparas de descarga gaseosa de alto rendimiento lumínico, colaboran notablemente en el mejoramiento de la eficiencia, pero como contrapartida presentan características fuertemente alineales. En los sectores residencial, comercial y público es también notable el aumento de la contaminación armónica en las redes de distribución debido a la cada vez mayor difusión de equipamiento con respuesta alineal. Las fuentes conmutadas para aparatos de televisión y equipos de computación, los balastos electrónicos sin filtros, los cargadores de baterías para centrales telefónicas o las fuentes ininterrumpibles son sólo algunos de los ejemplos que podemos mencionar. El efecto de los componentes armónicos sobre el equipamiento electrónico de regulación, medición, protección y control es frecuentemente la causa de serios problemas. También es notable el aumento de la corriente por el conductor neutro de los sistemas trifásicos tetrafilares, mas allá de lo que sugieren posibles desequilibrios de las cargas. El desmejoramiento del factor de potencia es otra de las consecuencias no deseadas. En este trabajo estudiaremos con detalle estos efectos. TERMINOS DE USO COMUN Evento de Potencia (power event) medición u observación de valores de variables eléctricas (tensión, corriente, etc.) fuera de los límites establecidos para el sistema en monitoreo. Disturbio (disturbance) es un evento registrado que ocasiona una reacción indeseable en los elementos del circuito eléctrico o en los equipos electrónicos del sistema en registración. Problema de Potencia (power problem) conjunto de disturbios o condiciones que pueden producir resultados no deseados para la instalación y/o equipos. Distorsión Armónica Se dice que existe distorsión armónica cuando la onda sinusoidal, prácticamente pura, que generan las centrales eléctricas sufre deformaciones en las redes de alimentación a los usuarios.

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Factor de Contracción (k) Es el cociente entre los valores eficaces de la componente fundamental y la onda de corriente resultante. Valores bajos de k corresponden a altas distorsiones. El máximo valor de k (k =1), corresponde a una onda sin distorsión. Distorsión Armónica Total (THD) Cantidad de armónicos en una señal como porcentaje del valor eficaz o RMS total (THD-R), o como porcentaje de la fundamental (THD-F)

Factor de Potencia (PF) Cociente entre la potencia real o activa y la potencia aparente. Desplazamiento del Factor de Potencia (DPF) o Cos Fi Coseno del ángulo de defasaje entre las ondas fundamentales de corriente y de tensión. El cosfi difiere del factor de potencia en el valor del factor de contracción Nivel de Compatibilidad Electromagnética o Nivel de CEM (EMC en inglés) En relación con los armónicos, se han definido tasas que no deben ser sobrepasadas, en el tiempo en un determinado porcentaje. El conjunto de las tasas mencionadas constituye el nivel de compatibilidad electromagnética (CEM) para distorsión armónica. Existen niveles de CEM para las redes de alta, media y baja tensión. Punto de Acoplamiento Común (PAC) Punto en el cual acaba la responsabilidad de la compañía eléctrica y comienza la del consumidor. Por lo general es en el transformador general o en la caja de contadores. Otros términos a considerar son Transitorios (transients) que pueden ser de impulso u oscilatorios, Variaciones de Tensión: bajas tensiones (sags), sobres tensiones (swells), Interrupciones (interruptions), Desbalance de Tensión (Voltaje Unbalance), Flicker o Fluctuaciones de Tensión, Variaciones de la Frecuencia de la Red, Distorsión de la Forma de Onda (waveform distortion), Ruido Eléctrico (noise), y otros

LA DISTORSIÓN ARMÓNICA Y LA CORRIENTE DE NEUTRO Este tema es de preocupación creciente en las empresas distribuidoras que observan un sensible incremento de la corriente de neutro en cables dimensionados con el viejo criterio que, asignaba a éste una sección menor que la correspondiente a cada fase. Lo dicho se hace extensivo a los sectores comercial y público, en los cuales las cargas monofásicas fuertemente distorsionantes, que se utilizan, comprometen no sólo la supervivencia del neutro de la distribuidora, sino el de su propia instalación. A esto debe agregarse, como otro efecto nocivo, el incremento de la diferencia de potencial entre neutro y tierra en las instalaciones. Como ejemplo de cargas alineales tomemos el caso de las lámparas fluorescentes compactas (LFC). Para la misma prestación éstas consumen la quinta parte de la energía de una lámpara de filamento incandescente y su vida útil es 10 veces mayor, razón por la cual tienen cada vez mayor aceptación en el mercado de consumo. En su versión LFC con balasto electrónico, éste se encarga de aplicar al tubo su tensión de funcionamiento a una frecuencia del orden de los 20kHz a partir de la alimentación de 220V, 50Hz a la que se encuentra conectada. Al carecer de filtro de entrada su comportamiento presenta una forma de onda de la corriente fuertemente distorsionada.

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Muchos electrodomésticos (videograbadoras, televisores, etc), así como las computadoras personales utilizan para su alimentación fuentes de tipo conmutable. Estas presentan importantes ventajas como ser su mejor rendimiento y una notable reducción de la relación peso-potencia. Lamentablemente su comportamiento frente a la red de alimentación es similar al mencionado para el caso de las LFC (ver fig. 2).

El análisis de las formas de onda presentadas en los ejemplos anteriores da lugar a un espectro que sólo contiene armónicas impares entre las que se destaca la tercera armónica. Como es sabido, las terceras armónicas que circulan por los conductores de línea y sus múltiplos “se potencian” en el conductor neutro sumándose en fase, agregándose a la corriente debida al desbalanceo de la carga, dando lugar en conjunto a una corriente de neutro cuyo valor eficaz en muchos casos supera la sección de diseño. En una simulación, realizada en laboratorio, colocando tres LFC de 20W en conexión estrella se obtuvieron los valores y gráficos que se detallan en la Fig. 3. En la misma se observa la forma de onda, para un ciclo, de la corriente de neutro y el gráfico de barras que nos muestra con claridad que la descomposición por Fourier da lugar sólo a armónicas múltiplos impares de tres.

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Fig. 3 Forma de onda de un ciclo (20 ms) de la corriente de neutro para 3 LFC conectadas en estrella “equilibrada” Las mediciones realizadas en ese experimento han verificado que cargas como las mencionadas conectadas sobre las fases en forma balanceada dan lugar a corrientes de neutro que superan en un 73% a las corrientes de línea. LOS COMPONENTES ARMÓNICAS Y EL FACTOR DE POTENCIA Es conveniente aclarar primero algunos conceptos teóricos que aparecen frecuentemente en forma confusa. Se analiza un sistema monofásico, donde la tensión U aplicada se supone perfectamente senoidal mientras que la carga es alineal y presenta además característica inductiva. Como consecuencia de la alinealidad la corriente “i” resultará poliarmónica pudiéndose representar de acuerdo al desarrollo de Fourier como: i =√2 I 1 sen (ωt + ψ 1) + √ 2I La tensión u será de la forma:

2

sen (2ωt + ψ2) + √2 I 3 sen (3ωt + ψ3) + …

u = √2 U1 sen (ωt + ξ 1)

Los valores eficaces de la tensión y la corriente se calcularán como:

U = U1 Las potencias activa, reactiva y aparente serán en consecuencia: P = U I 1 cos (ξ 1 - ψ1) = U I1 cos fi1 Q = U I1 sen fi1 S=UI

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Donde fi1 es el ángulo de desfase entre la tensión y la corriente para la fundamental. El significado del Factor de Potencia (FP) en estos circuitos no difiere de aquel conocido para el comportamiento puramente senoidal, es decir que, cuanto más se aproxime a cero se necesitará mayor intensidad de corriente para trasmitir la misma potencia activa “P”. En consecuencia el cálculo del FP se realizará como: FP = P/S Reemplazando P y S por las expresiones recién vistas tenemos: FP = U I 1 cos fi1 UI FP = I1 cos fi1 I Donde la relación I1/I se denomina “factor de contracción”. El mismo representa un índice del grado de distorsión de la onda de corriente. Así, si ésta fuera senoidal pura valdría 1 con lo cual el factor de potencia sería igual al cosfi1 en coincidencia con lo que conocemos para régimen senoidal. En la literatura especializada se denomina a este último “factor de potencia de desplazamiento” ya que su origen tiene en cuenta el desfase entre tensión y corriente. Veamos ahora ejemplos que aclaran en forma ilustrativa estos conceptos. Las Figuras 4, 5 y 6 nos muestran los oscilogramas de la corriente durante el funcionamiento de tubos fluorescentes (TF) con diferentes tipos de balastos. Allí vemos en la figura 4 el comportamiento de un tubo fluorescente con balasto electromagnético donde el desfase entre tensión y corriente dan lugar a un bajo factor de potencia de desplazamiento, mientras que el factor de contracción “k” se mantiene próximo a 1 como resultado de una onda de corriente con poca distorsión. El caso totalmente opuesto se observa en la figura 5 ( TF con balasto electrónico sin filtro) donde se muestra una corriente con fuerte distorsión, la que da lugar a un factor de contracción bastante lejano al ideal mientras que la casi imperceptible diferencia de fase entre tensión y corriente dan lugar a un cos fi1 próximo a 1. En ambos casos el resultado final se traduce en un bajo factor de potencia (FP) cuya corrección como veremos admite diferentes soluciones. En la figura 6 se muestra el resultado al que se puede llegar, con la incorporación de filtros al balasto electrónico. Se observa que el mejoramiento de la forma de onda se traduce de inmediato en una disminución del THD y un simultáneo mejoramiento del factor de potencia.

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Otro ejemplo a tomar en cuenta sería el ya visto en la fig. 2 donde se muestra la forma de onda de la corriente que toma un televisor. Los datos correspondientes a este caso son: cos fi1 = 1 k = 0,688 FP = 0,688 THD = 105 % Estos valores nos muestran que este caso no difiere del ya analizado para un TF con balasto electrónico sin filtro. La corrección del factor de potencia en circuitos con alto contenido armónico nos plantea dos problemas. El primero tiene que ver con la calidad de energía, en este caso

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representada por la distorsión que presenta la onda de la tensión provista por la distribuidora. Si queremos mejorar el FP conectando capacitores en paralelo habrá que vigilar con detenimiento este aspecto. Es sabido que los capacitores conectados en paralelo con la carga actúan como amplificadores de los armónicos de tensión.

Figura 7 - Forma de onda de la corriente que toma un capacitor para una tensión aplicada con pequeña distorsión armónica. Así para un THD de la tensión cuyo valor no supera el 2% se obtiene una corriente con una distorsión total que se aproxima al 20% con un notable refuerzo de las armónicas superiores. El segundo aspecto a tener en cuenta es posible mostrarlo con los ejemplos desarrollados en el ítem anterior. La corriente I para los casos del televisor y para los balastos electrónicos sin filtro es levemente capacitiva. No tiene sentido, entonces, intentar corregir el factor de potencia con capacitores. La forma de mejorarlo quedó implícita en el ejemplo presentado en el ítem anterior donde observamos que la incorporación de un filtro conduce a un sensible mejoramiento de la forma de onda de la corriente y con ello del factor de potencia. Observemos ahora la forma clásica de corrección de FP en tubos con balasto electromagnético. Por ejemplo para un tubo de 36W la introducción de un capacitor de 3,5 microfaradios en paralelo lleva al FP a 0,9. Como concepto general se puede decir que el agregado de capacitores, en circuitos con distorsión en la onda de corriente, sólo puede compensar el reactivo que aporta la primera armónica. Es decir, la correcta introducción de capacitores puede acercar, hasta colocar en fase, a las ondas de tensión y corriente de la fundamental. Es inútil tratar de mejorar la situación mas allá de este límite ya que si persiste el bajo valor del FP esto se deberá a una fuerte distorsión la que determina un valor del factor de contracción lejano de la unidad. Se ha así pretendido hasta aquí mostrar algunas de las consecuencias del incremento del contenido armónico en las redes de distribución. Así hicimos notar que debe cambiarse el criterio de diseño del conductor neutro. Además, a partir de la privatización de las empresas que comercializan la energía eléctrica en nuestro país se han incrementado los controles por parte de los organismos reguladores y por parte de las mismas empresas a los usuarios. Es así que el control del factor de potencia no sólo afecta a las áreas industriales sino también a las comerciales y residenciales.

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Es en estos últimos sectores donde la falta de capacidad técnica conduce a soluciones poco apropiadas y a veces a desmejorar la situación. La confusión que existe sobre el tema nos ha mostrado que en algunos casos las mismas empresas proveedoras de electricidad recomiendan la colocación de capacitores para corregir el factor de potencia sin un análisis previo del origen del problema. De acuerdo con lo expuesto, en la situación actual, no es suficiente el estudio de la facturación o la simple inspección con instrumental convencional. En la mayoría de los casos, en particular en lugares donde se observe una fuerte presencia de computadoras, UPS e iluminación eficiente se hace necesario un estudio particular utilizando el instrumental adecuado, el que deberá comprender equipamiento que permita leer el verdadero valor de las magnitudes eléctricas. NORMATIVAS Las normas de mayor aplicación en el tema son las IEC que abarcan 6 categorías a saber:  Generales Proveen definiciones, terminologías , etc. IEC 1000-1-X  De entorno Determinan las características del entorno donde se aplican los equipos IEC 1000-2-X  De Límites Determinan los límites de emisión, definen los niveles de perturbaciones aceptables. Estas normas eran originariamente de la serie 555 enumeradas como IEC 555-X, ahora se denominan IEC 1000-3-X. Por ejemplo la IEC 555-2 es ahora la 1000-3-2  De técnicas de medición Proveen lineamientos para la medición IEC 1000-4-X Es evidente que un sistema que pretenda medir y registrar la calidad de red no puede registrar las formas de onda de todos y cada uno de los ciclos, pues esto supondría ocupar tal cantidad de memoria que resulta impracticable. Para hacerse una idea basta indicar por ejemplo que la medida de las tres fases de tensión, más la tensión neutro-tierra (4 canales) con un instrumento digital a razón de 128 muestras por ciclo. Para una red a 60 Hz. y suponiendo que cada muestra ocupa 2 bytes, supone tener que registrar 61440 bytes por segundo. En la definición de la calidad de red a nivel de valor eficaz de la tensión, el proyecto de norma IEC-61000-4-30 propone cuatro ventanas o intervalos de observación estándar: 1. Ventana base de observación de 200 ms. (10 ciclos para 50Hz y 12 ciclos para 60Hz) 2. Intervalos muy cortos: Promedios de 3 segundos, observando todos los ciclos 3. Intervalos cortos: Promedios y estadísticos 10 minutos. 4. Intervalos largos: Promedios y estadísticos 2 horas

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 Equipos de Acondicionamiento Determinan lineamientos para los equipos que resuelven problemas de calidad de energía como ser filtros, acondicionadores de líneas, supresores de transitorios, etc. IEC 1000-5-X  Genéricas de Productos Definen niveles de inmunidad requeridos para los equipamientos en categorías generales o para tipos específicos IEC 1000-6-X En 1983 el Departamento de Comercio de los Estados Unidos publicó los lineamientos conocidos como FIPS (Federal Information Processing Standads Publication), fundamentos consultados por la Asociación de fabricantes de Computadoras (CBMA) para definir el lenguaje común que es utilizado sobre los problemas en la Calidad de la Energía. NORMATIVA EN ARGENTINA

(consultar www.enre..org.ar ante posibles cambios por revisiones) Con la privatización de las empresas de energía en los contratos de concesión se establecieron pautas que básicamente consisten en:  Obligación de prestar el servicio a todo aquel que lo solicite en su área de concesión.  Prestar el servicio con un nivel de calidad satisfactorio, definido en el contrato de concesión. Para lo cual el concesionario debe realizar todas las inversiones necesarias. El Ente Nacional Regulador de la Energía Eléctrica, ENRE es el encargado de fijar las normas de calidad solicitadas para el servicio eléctrico y verificar su cumplimiento. Disposiciones del ENRE para las Distribuidoras de Energía

Tal normativa lleva el nombre de Calidad del Producto Técnico, abarcando las perturbaciones y el nivel de tensión, considerándose como perturbaciones las variaciones rápidas de tensión (ficker), las caídas lentas de tensión y las armónicas. La Distribuidora será responsable de arbitrar los medios conducentes a : 1.Fijar los límites de emisión (niveles máximos de perturbación que un aparato puede generar o inyectar en el sistema de alimentación), para sus equipos y para los equipos de los usuarios, compatibles con los valores internacionales reconocidos. 2.Controlar a los Grandes Usuarios a través de límites de emisión fijados por contrato. 3.Impulsar, conjuntamente con el ENRE, la aprobación de normas de fabricación y su inclusión en las órdenes de compra propias y de usuarios. En tal contexto, el ente podrá penalizar a los usuarios que excedan los límites de emisión fijados hasta poder llegar a la interrupción del suministro

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Las variaciones en % de la tensión medida en los puntos de suministro con respecto al valor nominal, son los siguientes: Alta Tensión AT -5% +5% Media y Baja Tensión MT y BT -8% +8% en alimentación aérea -5% +5% en alimentación subterránea Rural -10% +10% Se toma un período de medición mínimo de una semana, debiéndose verificar que los niveles mencionados no deben ser excedidos en un tiempo superior al 3% del que corresponde al tiempo total de la medición. Las sanciones a las Distribuidoras se aplicarán en forma de bonificaciones en las facturas de los usuarios afectados por la mala calidad de la tensión.

Disposiciones del ENRE para los Usuarios Para corrientes armónicas, los límites de emisión asignados se indican en la tabla siguiente dados en Amperes para Tarifa 1 (T1), mientras que para las otras tarifas (T2 y T3) se asigna como el porcentaje de la corriente de carga contratada por el usuario, obtenida a través de la potencia contratada para cada banda horaria y considerando un factor de potencia 0.8. Orden de Armónico (n)

5 7 11 13 17 19 23 25 >25 3 9 15 21 >21 Orden de Armónico (n) 2 4 6 8 10 12 >12

Usuario T1

Usuarios T2 y T3 en BT Armónicos impares no múltiplos de 3

Usuarios T3 en MT

2.28 1.24 0.66 0.42 0.26 0.24 0.20 0.18 4.5/n

A 12.0 % A 8.5 % A 4.3 % A 3.0 % A 2.7 % A 1.9 % A 1.6 % A 1.6 % A 0.2+0.8x25/n % Armónicos impares múltiplos de 3 4.60 A 16.6 % 0.80 A 2.2 % 0.30 A 0.6 % 0.21 A 0.4 % 4.5/n A 0.3 %

6.0 % 5.1 % 2.9 % 2.2 % 1.8 % 1.7 % 1.1 % 1.1 % 0.4 %

Usuario T1

Usuarios T3 en MT

2.16 0.86 0.60 0.46 0.37 0.31 3.68/n

A A A A A A A

Usuarios T2 y T3 en BT Armónicos pares 10.0 % 2.5 % 0.8 % 0.8 % 0.8 % 0.4 % 0.3 %

7.5 % 2.2 % 0.8 % 0.4 % 0.4 %

10.0 % 3.8 % 1.5 % 0.5 % 0.5 % 0.5 % 0.5 %

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TRANSITORIOS El término se refiere a las variaciones de los parámetros de la red ocasionados en forma no permanente cada vez que varían en forma brusca las condiciones o la topología del circuito en estudio. Existen tres tipos básicos de transitorios a saber: 1. Transitorios de Conmutación. Son en general producidos por la desconexión de una inductancia, lo que provoca una sobre tensión en el circuito debido a la energía almacenada. Transitorios del mismo tipo ocurren al conectar bancos de capacitores, sacar de servicio una línea o insertar un transformador. Este tipo de transitorios tienen una forma amortiguada en el tiempo 2. Transitorios por Descargas Atmosféricas Este tipo de eventos inyecta sobre tensiones tanto en circuitos primarios como secundarios. El transitorio se caracteriza en estos casos por un tiempo de subida, de elevado flanco hasta llegar al pico de tensión y por un tiempo de caída hasta el 50% del valor pico.

V

V/2

T1 T2 3.

Transitorios por descargas electrostáticas Se producen cuando existe contacto entre cuerpos cargados electrostáticamente. Esto puede producir daños o degradaciones sobre microchips.

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PROTECCIÓN CONTRA TRANSITORIOS El primer paso para proteger contra transitorios a computadoras y otras cargas sensitivas es la ejecución de una buena instalación con tierras equipotenciales. Con tierras pobres, la acción de los supresores de transitorios pueden no ser efectivas. La entrada a los edificios de las líneas de potencia y las de datos deben ser protegidas por descargadores. Las líneas de datos telefónicos son protegidas por las concesionarias telefónicas. Tanto la IRAM como las normas internacionales (IEEE C 26.41, ANSI 62.41, la IEC 664 o las Euronormas) definen el tipo de protección según la severidad de las exposiciones a transitorios (por ejemplo para usos hospitalarios para máquinas de pulmón artificial). VARIACIONES DE TENSION Se pueden categorizar de acuerdo al tipo en :  Disminuciones de la tensión o baja tensión (en inglés sags ).  Incrementos de tensión o sobre tensión (en inglés swells ).  Pérdidas totales de tensión ( interruptions ). De acuerdo al tiempo de duración se clasifican en:  Microcortes o instantáneos  De corta duración o momentáneas (cuando no superan el minuto).  De larga duración o temporáneas (cuando superan el minuto). BAJAS TENSIONES Se define como baja tensión o sag a la disminución entre el 10 y el 90% de los valores de tensión o de corriente RMS, a la frecuencia nominal. Causas: fallas del sistema – acoplamiento de cargas importantes (por ej. motores) – etc. SOBRETENSIONES Se define como sobre tensión o swell al incremento entre el 10 y el 80% de los valores de tensión o de corriente RMS, a la frecuencia nominal. Causas: salidas de servicio de cargas importantes – falta de una fase por una falla a tierra – energización de bancos de capacitores – etc. INTERRUPCIONES Se producen cuando la tensión de suministro o las corrientes de carga disminuyen en menos del 10% de su valor nominal. Causas: Fallas del sistema de alimentación – fallas de equipos – mal funcionamiento del sistema de control. DESBALANCE DE TENSIONES El desbalance de tensiones es una condición en que las tensiones en las tres fases difieren en amplitud y/o no tienen la separación normal de 120º entre fases. Definición: Desbalance = (Máximo desvío respecto promedio / Promedio de tensiones de las tres fases) x 100.

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Por ejemplo si las tensiones entre fase son 370, 379 y 382, el promedio es 377, el desvío máximo promedio es |377-370| = 7 y el desbalance es ( 7 / 377) x100 = 1.86%. Causas: Son comunes valores entre el 1% y el 1.5% por asimetrías de las líneas o por desbalances de cargas monofásicas conectadas a circuitos trifásicos. Esto último es generalmente el factor principal para desbalances menores al 2%. Desbalances severos (>5%) se originan cuando el sistema queda con una única fase en operación. FLUCTUACIONES DE TENSIÓN Flicker Son variaciones sistemáticas de tensión o series de cambios de tensión al azar que normalmente no superan el 10% en módulo. El término Flicker significa parpadeo y deviene del centelleo que provocan las fluctuaciones de tensión sobre los tubos fluorescentes. Causas: Grandes motores con carga variable – Máquinas de soldar por resistencia – Hornos de arco – Instalaciones de soldadura por arco. VARIACIONES DE FRECUENCIA Se define así a la desviación de la frecuencia fundamental del sistema, valor normalizado que en nuestro país es 50 Hz. En los sistemas interconectados prácticamente, no se presenta variaciones significativas, no obstante este fenómeno es de considerar en sistemas aislados. INSERCIÓN DE CORRIENTE CONTINUA offset La presencia de una tensión o corriente continua en un sistema de potencia de corriente alterna (en inglés DC offset) suele ocurrir por el efecto de rectificación de media onda. Las corrientes continuas en sistemas de corriente alterna ocasionan un efecto negativo en el núcleo de los transformadores que se saturan en su operación normal provocando sobrecalentamientos. También se erosionan los electrodos de p.a t. y otros conectores debido a efectos de polarización. INTER - ARMONICOS La presencia de armónicos en la red y su interacción ya fue vista anteriormente. Sin embargo es necesario acotar que también existen componentes cuyas frecuencias no son múltiplos enteros de la fundamental cuyos efectos no están bien determinados pero afectan tanto en las líneas de potencia como a las de señales y al Flicker. NOTCHING El Notching es una perturbación periódica de tensión provocada por el accionar normal de un dispositivo electrónico cuando existe una conmutación de corriente. La figura siguiente muestra como ejemplo cuando se conmuta la corriente de una fase a otra en un convertidor trifásico. La duración es de algunos microsegundos. Esto se ve en el semiciclo de 10 mseg. que corresponde a la frecuencia de 50 Hz. La tensión no llega a cero por causa de la impedancia del sistema.

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RUIDO ELECTRICO El ruido eléctrico es una descripción genérica de un problema que puede obedecer a múltiples factores que no pueden clasificarse como distorsiones armónicas o transitorios. Básicamente consiste en distorsiones no deseadas de la señal de tensión con un contenido espectral inferior a los 200 kHz. que se superponen sobre las tensiones o corrientes de los sistemas de potencia.

Causas: Dispositivos eléctricos – Circuitos de control – Chispas de contactos y switches – Puestas a tierra pobres – Lámparas fluorescentes – etc .METODOS PARA REDUCIR LA PRESENCIA DE ARMÓNICOS Los Analizadores de Línea de alta velocidad son de gran utilidad para encontrar el origen de los armónicos: Una vez identificados se puede realizar una gran variedad de acciones para reducir o eliminar sus efectos, entre ellas podemos enumerar las siguientes:  Instalar filtros adecuados en los circuitos.  Dimensionar el conductor de neutro para que sea capaz de transportar las corrientes generadas en este.  Disminuir las cargas para que los transformadores se puedan acomodar a las corrientes armónicas adicionales, o bien diseñar los transformadores para manejar las corrientes armónicas especificadas.  Adicionalmente, algunos equipos específicos se pueden proteger de las corrientes armónicas mediante el empleo de acondicionadores de línea o de fuentes UPS. Las características de los dispositivos mas comunes para reducir la presencia de armónicos son:

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REACTORES DE LINEA Los Reactores de Línea son generalmente un simple inductor cuya función es impedir el paso de las elevadas frecuencias, por el incremento de la reactancia con la frecuencia. Las corrientes armónicas disminuyen cuando se les aplica un reactor de línea, pero a expensa de una distorsión en la forma de onda de tensión. No obstante, se limitan en gran medida los picos de tensión. FILTROS PARA REGULACIÓN DE TENSIÓN Y CONTROL DE CORRIENTES ARMONICAS

Existen diversos equipos para la eliminación o la reducción de las perturbaciones presentes en la red eléctrica. Una de las perturbaciones de mayor relevancia son las corrientes armónicas; convencionalmente los filtros pasivos han sido utilizados como solución clásica para la cancelación de corrientes armónicas. La principal desventaja de los filtros pasivos es que trabajan a una frecuencia específica y pueden presentar problemas de resonancia con el sistema de potencia bajo ciertas condiciones transitorias y operación estable. Como una alternativa a los filtros pasivos surgen los filtros activos; éstos consisten en inversores fuente de tensión o de corriente, los cuales generan las tensiones o corrientes armónicas en el mismo instante en que son demandas por la carga o que aparecen en la forma de tensión de la red, cambiando constantemente su condición de operación mediante un adecuado circuito de control. Las principales características de un filtro activo son: flexibilidad en el control, rápido tiempo de respuesta, bajo costo de mantenimiento, un equipo puede compensar amplios rangos de frecuencia, proporciona un rango continuo de compensación de potencia reactiva y no presenta problemas de resonancia natural . Los filtros activos de tensión son empleados básicamente para compensar armónicos de tensión, garantizando que la forma de onda de tensión que alimenta a una carga tenga una distorsión inferior a un valor crítico, lo cual garantiza su correcto funcionamiento ante variaciones de parámetros en la tensión de red. Sin embargo, es posible que el filtro activo serie realice otras funciones sin modificar su estructura básica. Sólo es necesario realizar ajuste en parámetros y modificar el control para incluir nuevas funciones como regulación de tensión y cancelación de corrientes armónica en sistemas de filtrado híbrido (filtro pasivo más filtro activo). Dentro de estos sistemas, se identifican los reguladores dinámicos de voltaje o DVR por sus siglas en inglés.

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BIBLIOGRAFÍA  Mario Brugnoni – Grupo Energía y Ambiente (GEA), Depto. de Electrotecnia Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires.  Manual de Calidad de la Energía Sica - Pirelli

 J. Balcells – Departament d’Enginyeria Electrònica UPC, Campus de Terrassa C/Colom, 1, 08222 TERRASSA (Barcelona) , E-mail: [email protected]

 IEEE 519, Recommended Practices and Requirements for Harmonics Control in Electric Power Systems.  IEEE 1159 Recommended Practices for Monitoring Electric Power Quality.  IEC 552-2, Disturbances in supply systems caused by household appliances and similar electrical equipment.  Power Quality Analizer, Fluke 43 Guía de Aplicaciones  CENIDET Estudio del filtro serie para regulación de tensión y control de corrientes armónicas.

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DESARROLLO DEL TRABAJO PRÁCTICO Se efectuará en el laboratorio con el analizador Fluke 43 las siguientes mediciones y comprobaciones: 1. Se medirán cargas de valores fuertemente distorsionantes (computadoras, monitores, u otros dispositivos) en forma individual. Se observarán y registrarán las formas de onda de corriente y de tensión correspondientes. 2. Bajo las mismas cargas se medirán los valores PF y DPF 3. Se calculará el factor k correspondiente. 4. Se observará el espectro de armónicos hasta el nº 17y se volcarán esos valores a una tabla comparativa con los permitidos por el ENRE. 5. Se agregarán la mayor cantidad posible de cargas distorsionantes, volviéndose a repetir las mediciones y comparaciones de los puntos anteriores. 6. Sobre una carga resistiva pura (calentador) se volverán a repetir las mismas acciones bajo esa carga. 7. Se agregarán todas las cargas distorsionantes y no distorsionantes a una nueva medición y se volverán a repetir la acciones de medición y cálculo. 8. Se sacarán conclusiones de acuerdo a las mediciones efectuadas. 9. Se deberán presentar con el informe, las formas de ondas y espectros obtenidos mediante la bajada de datos del equipo Fluke a una PC.

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Valores V rms (V) I rms (A) P (kW) S (kVA) Q (kVAr) PF DPF k calculado k medido THD-V % rms THD-I % rms Icc (A) Icc (% rms) I1 (A) I1 (% rms) I2 (A) I2 (% rms) I3 (A) I3 (% rms) I4 (A) I4 (% rms) I5 (A) I5 (% rms) I6 (A) I6 (% rms) I7 (A) I7 (% rms) I8 (A) I8 (% rms) I9 (A) I9 (% rms) I10 (A) I10 (% rms) I11 (A) I11 (% rms) I12 (A) I12 (% rms) I13 (A) I13 (% rms) I14 (A) I14 (% rms) I15 (A) I15 (% rms) I16 (A) I16 (% rms) I17 (A)

1ra. Medición

2da. Medición

3ra. Medición

4ta. Medición