REPÚ ÚBLICA BO OLIVARIAN NA DE VEN NEZUELA UN NIVERSID DAD RAFA AEL URDAN NETA FACULT TAD DE IN NGENIERÍA A ESC CUELA DE E INGENIE ERÍA ELÉC CTRICA
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SE E R S
O H C E DER
S O D VA
TE ENDENCIA AS TECNO OLÓGICAS S PARA LA A SUPERV VISIÓN EN N TIEMPO REAL DE E LA CALIDAD DE ENERGÍA E ELÉCTRICA EN RE EDES DE D DISTRIBU UCIÓN
Trabajjo Especia al de Grado o presentado ante la Universid dad Rafaell Urdaneta para opta ar al título d de:
INGENIERO ELEC CTRICISTA
GO BERRO OTERÁN Autores: Br. DIEG B RAFAEL POLO Br. T Tutor: Nancy Mora
o de 2014 Maraccaibo, Julio
2
TENDENCIAS TECNOLÓGICAS PARA LA SUPERVISIÓN EN TIEMPO REAL DE LA CALIDAD DE ENERGÍA ELECTRICA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN
______________________ Berroterán Navarro, Diego Alejandro
S O D VA Rafael José PoloR Boscán, E S
______________________
RE C.I. 21.356.374 S O H Urb. Santa Isabel,R Av.84A, ECcalle74, Urb. Villas del Sur, Km 2 ½, Calle 131 E D Casa #34-103 Maracaibo, Edo Zulia Casa #74-27 Maracaibo, Edo Zulia C.I. 19.987.883
Telf.: (0424) 6182359
Telf.: (0416)
[email protected]
[email protected]
______________________ Ing. Nancy Mora.
[email protected] Tutor académico
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DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso, porque gracias a él hemos podido cumplir todas las metas en nuestras vidas.
A nuestros padres Rafael Polo, Pedro Berroterán, Milagros Boscán y Fanny Navarro por siempre darnos el apoyo necesario para aguantar los momentos de presión y lograr concluir este importante trabajo.
S O D VA
A nuestros hermanos, amigos y demás familiares, por haber compartido grandes
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momentos a lo largo de nuestra carrera, un abrazo.
O H C E DER
Para ustedes este y todos nuestros logros, muchísimas Gracias.
DIEGO ALEJANDRO BERROTERÁN NAVARRO RAFAEL JOSÉ POLO BOSCÁN
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AGRADECIMIENTOS
En primer lugar,
queremos agradecer a Dios, por brindarnos mucha salud y
bendición incondicional en la carrera universitaria.
Seguidamente, queremos dar gracias a nuestro tutor metodológico y académico Ing. Nancy Mora de Morillo, por su paciencia inigualable, sus consejos, apoyo y cariño durante todo el trabajo de investigación, para así obtener todos los resultados deseados.
S O D También agradecemos aquellos que formaron parte V de A nuestros conocimientos, R E S grandes enseñanzas para ser como nuestros profesores, los cuales nos Edejaron R S O H aplicadas en la vida. C E DER
DIEGO ALEJANDRO BERROTERÁN NAVARRO RAFAEL JOSÉ POLO BOSCÁN
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ÍNDICE GENERAL
Pág. DEDICATORIA ........................................................................................................ 3 AGRADECIMIENTO ................................................................................................ 4 RESUMEN ............................................................................................................ 15 ABSTRACT ........................................................................................................... 16 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17 CAPITULO I EL PROBLEMA ................................................................................ 19
1.3.2.
S O D VA Formulación del problema .................................................................... 23 R E S RE Objetivos de la investigación ................................................................ 24 S O H Objetivo general EC...................................................................................24 R E D Objetivos específicos............................................................................ 24
1.4.
Justificación e importancia ................................................................... 25
1.5.
Delimitación de la investigacion ........................................................... 26
1.5.1.
Delimitación espacial ............................................................................ 27
1.5.2.
Delimitación temporal ........................................................................... 27
1.5.3.
Delimitación científica ........................................................................... 27
1.1. 1.2. 1.3. 1.3.1.
Planteamiento del problema ................................................................. 19
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO .......................................................................... 28 2.1.
Antecedentes de la investigación ......................................................... 28
2.2
Bases teóricas ...................................................................................... 35
2.2.1.
Sistemas de distribución ....................................................................... 35
2.2.1.1.
Campos de desarrollo .......................................................................... 35
2.2.1.2.
Tipos de sistemas de distribución......................................................... 38
2.2.1.3.
Elementos de sistemas de distribución ................................................ 44
2.2.2.
Calidad de energía ............................................................................... 47
6
2.2.3.
Problemas de calidad de energía ......................................................... 47
2.2.3.1.
Fenómenos electromagnéticos ............................................................ 47
2.2.3.2.
Transitorios impulsivos ......................................................................... 49
2.2.3.3.
Transitorios oscilatorios ........................................................................ 49
2.2.3.4.
Huecos de tensión ................................................................................ 51
2.2.3.5.
Crestas ................................................................................................. 52
2.2.3.6.
Interrupciones ....................................................................................... 53
2.2.3.7.
Variaciones de tensión de larga duración............................................. 53
2.2.3.8.
Clasificacion de lasvariaciones de tensión de larga duración ............... 54
2.2.3.9.
Desequilibrios de tensiones .................................................................. 56
2.2.3.10. Armónicos ............................................................................................ 57
2.2.4.
S O D VA Ruido .................................................................................................... 59 R E S RE Fluctuaciones de tensiónS ...................................................................... 60 O H Variaciones de C frecuencia en el sistema de potencia ........................... 61 E R E D Cálculo de parámetros de calidad de energía ...................................... 62
2.2.5.
Medición de las perturbaciones ............................................................ 70
2.2.5.1.
Instrumentos ......................................................................................... 73
2.2.5.2.
Ancho de banda ................................................................................... 75
2.2.5.3.
Osciloscopios - TMRS .......................................................................... 76
2.2.5.4.
Medidores de componentes armónicas ................................................ 78
2.2.5.5.
Flickérmetro .......................................................................................... 78
2.2.5.6.
Medición y evaluación del Flicker ......................................................... 80
2.2.5.7.
Grado de irritación del Flicker ............................................................... 81
2.2.5.8.
Medición de la calidad del servicio ....................................................... 83
2.2.6.
Consideraciones para el monitoreo ...................................................... 83
2.2.6.1.
Determinar qué monitorear ................................................................... 86
2.2.6.2.
Selección de ubicaciones de monitorización ........................................ 87
2.2.6.3.
Opciones para el equipo de monitoreo permanente de calidad de
2.2.3.11. Interarmónicos ...................................................................................... 59 2.2.3.12. 2.2.3.13. 2.2.3.14.
potencia ................................................................................................ 90
7
2.2.6.4.
Conexiones del monitor de perturbaciones .......................................... 93
2.2.6.5.
Ajuste de umbrales de monitor ............................................................. 94
2.2.6.6.
Cantidades y duraciones de la medición .............................................. 95
2.2.6.7.
Encontrando la fuente de una perturbación .......................................... 96
2.2.7.
Técnicas de registro ............................................................................. 97
2.2.7.1.
Técnicas para el seguimiento de tendencias ........................................ 98
2.2.7.2.
Registro de intervalo fijo ....................................................................... 98
2.2.7.3.
Registro de valores máximos, mínimos y promedio ............................. 99
2.2.7.4.
Compresión automática del tiempo, TrendPlot ..................................... 99
2.2.7.5.
Registro de eventos............................................................................ 100
2.2.7.6.
Captura de la forma de onda de transitorio ........................................ 101
2.2.7.7.
Registro “Full Disclosure” ................................................................... 101
3.1.
Tipo de investigación .......................................................................... 110
3.2.
Diseño de la investigación .................................................................. 112
3.3.
Población y muestra ........................................................................... 113
3.4.
Técnicas de recolección de datos ...................................................... 116
3.4.1.
Observación documental .................................................................... 116
3.4.2.
Observación indirecta ......................................................................... 117
3.4.3.
Lectura evaluativa .............................................................................. 118
3.5.
Instrumentos de recolección de datos ................................................ 118
3.6.
Fases de la investigación ................................................................... 119
S O D VA 2.3. Operacionalización de las variables ................................................... 102 R E S RE 2.4. Glosario de terminos .......................................................................... 108 S O H EC R E D CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO.......................................................... 110
CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS .............................................. 122 4.1.
Identificación del problema de calidad de energía en los sistemas de distribución ......................................................................................... 122
4.2.
Técnicas de medición de parámetros de calidad de energía ............. 139
8
4.3.
Fundamentos de la supervisión de señales en tiempo real en sistemas de distribución .................................................................................... 142
4.4.
Aplicación de técnicas de registro para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía .......................................................................... 146
4.4.1.
Resolución de problemas con análisis a corto plazo .......................... 147
4.4.2.
Estudios de carga, estudios de calidad eléctrica y puesta en marcha 149
4.5.
Comparación de soluciones de últimas tecnologías para monitoreo de calidad de energía eléctrica................................................................ 150
4.6.
Comparación de experiencias obtenidas aplicando soluciones para monitoreo de calidad de energía ........................................................ 167
4.6.1. 4.6.1.1. 4.6.1.2. 4.6.2. 4.6.2.1.
CASO: Jacksonville Electric Authority (JEA), Florida, U.S.A .............. 168
S O D VA instalado ............................................................................................. 169 R E S RE Resultados obtenidos ......................................................................... 171 S O H CASO: Fabricante EC de farmacéuticos en U.S.A., con PowerXpert de R E D EATON ............................................................................................... 173 Características del sistema de supervisión de calidad de energía
Resultados obtenidos ......................................................................... 174
CONCLUSIONES ................................................................................................ 178 RECOMENDACIONES ....................................................................................... 181 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 183
9
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág Figura 2.1 - Sistema de distribución radial ............................................................ 37 Figura 2.2 - Dos circuitos radiales con un enlace normalmente abierto ................ 38 Figura 2.3 - Sistema de distribución radial subterráneo ........................................ 39 Figura 2.4 - Distribución en anillo .......................................................................... 40 Figura 2.5 - Sistema en red o malla ...................................................................... 42 Figura 2.6 -Subestación de distribución mostrando un alimentador ...................... 44 Figura 2.7 - Transitorio impulsivo de corriente ...................................................... 47
S O D VA Figura 2.9 - Transitorio oscilatorio de baja frecuenciaR ........................................... 49 E S RE Figura 2.10 - Hueco de tensión ............................................................................. 50 S O H C instantáneo........................................................... 50 Figura 2.11 - CrestaR deE voltaje E D Figura 2.12 - Interrupción momentánea ................................................................ 51 Figura 2.8 - Corriente transitoria oscilatoria........................................................... 48
Figura 2.13 - Sobretensiones de larga duración.................................................... 53 Figura 2.14 - Tendencia del desbalance de voltaje ............................................... 54 Figura 2.15 - Forma de onda distorsionada por Armónicos .................................. 55 Figura 2.16 - Flicker causado por equipo de arco ................................................. 59 Figura 2.17 - Medición de las variaciones de tensión............................................ 60 Figura 2.18 - Valores de registro min y máx .......................................................... 61 Figura 2.19 - Interrupción de tensión ..................................................................... 62 Figura 2.20 - Caída y subida de tensión ................................................................ 62 Figura 2.21 - Calculo de flicker mediante intervalos .............................................. 63 Figura 2.22 - Instrumento de cálculo de TRMS y calidad eléctrica Fluke 345 ....... 71 Figura 2.23 - Curva de respuesta de un medidor y espectro armónico de una señal deformada ............................................................................................................. 73 Figura 2.24 - Analizador portátil Fluke 437 ............................................................ 74 Figura 2.25 - Medidor de panel modelo ION PM500 ............................................. 76
10
Figura 2.26 - Fluctuaciones rápidas de tensión analizadas en pantalla ................ 77 Figura 2.27 - Diagrama de bloques de Flickérmetro ............................................. 77 Figura 2.28 - Medición del Flicker ......................................................................... 79 Figura 2.29 - Bloques para medición de Flicker según IEC 868............................ 80 Figura 2.30 - Esquema típico de monitoreo en un alimentador de distribución ..... 86 Figura 2.31 - Concepto de monitoreo en subestación y clientes ........................... 88 Figura 4.1 - Diagrama unifilar de subestaciones eléctrica TAEJ y 10A ............... 125 Figura 4.2 - Perfil de los sags en PDVSA Petropiar, año 2004 ........................... 127 Figura 4.3 - Perfil de sobretensión, año 2005...................................................... 128 Figura 4.4 - Gráfico del nivel de flicker de corto tiempo (Pst) .............................. 136 Figura 4.5 - Gráfico del nivel de flicker de largo tiempo (Plt) ............................... 136
S O D VA Figura 4.7 - Analizador Fluke 434 en operación .................................................. 143 R E S REen tablero de una subestación.... 144 Figura 4.8 - Registrador Fluke 1744S instalado O Hregistradores de calidad de energía.................. 144 C Figura 4.9 - Ubicación típica de E DER Figura 4.10 - Central de medida modelo Pm200 ................................................. 145 Figura 4.6 - Analizador modelo 3945 .................................................................. 141
Figura 4.11 - Arquitectura ofrecida por Schneider Electric .................................. 146 Figura 4.12 - Analizador modelo 434 .................................................................. 148 Figura 4.13 - Power Recorder 1750 .................................................................... 148 Figura 4.14 - PowerPadJr Modelo 8230 .............................................................. 150 Figura 4.15 - Pantalla de configuración PowerPadJr Modelo 8230 ..................... 152 Figura 4.16 - Pantalla de modo de interrupción y tendencia PowerPadJr Modelo 8230 .................................................................................................................... 152 Figura 4.17 - Pantalla de Modo de forma de onda y Modo armonico PowerPadJr Modelo 8230........................................................................................................ 153 Figura 4.18 - Configuración: modo setup con DataView en Windows XP ........... 154 Figura 4.19 - Configuración: modo condición de alarma con DataView en Windows XP ....................................................................................................................... 154 Figura 4.20 - Resultados con DataView en Windows XP .................................... 155 Figura 4.21 - PowerXpert Meter 8000 ................................................................. 155
11
Figura 4.22 - Descripción física frontal PowerXpert Meter 8000 ......................... 156 Figura 4.23 - Descripción física posterior PowerXpert Meter 8000 ..................... 156 Figura 4.24 - Navegador Web Perfil PowerXpert Meter ...................................... 157 Figura 4.25 - Navegador Web Perfil ITIC PowerXpert Meter............................... 158 Figura 4.26 - Plataforma comunicacional de Fluke 1750 .................................... 159 Figura 4.27 - Pantalla de mediciones numéricas y forma de onda de las fases en Power View con fluke 1750. ................................................................................ 160 Figura 4.28 - Registro de eventos utilizando Timeplot de referencia de V, A y Frecuencia con fluke 1750 .................................................................................. 161 Figura 4.29 - Pantalla de las casillas para invertir cualquier sonda de corriente con fluke 1750 ............................................................................................................ 161
S O D VA................................ 163 Figura 4.31 - Servidor web por PowerLogic ION Enterprise R E ES R Figura 4.32 - Pantalla LCD del dispositivo fijo del equipo PowerLogic ION8650. 163 S O H C Figura 4.33 - Monitoreo y control con PowerLogic ION Enterprise...................... 164 E R E D Figura 4.34 - Arquitectura Power Logic ION Schneider Electric .......................... 164 Figura 4.30 - PowerLogic ION8650 ..................................................................... 162
Figura 4.35 - Registro de tendencias mediante Software PowerLogic ................ 165 Figura 4.36 - Arquitectura de un sistema de monitoreo de calidad de la energía abierto ................................................................................................................. 169 Figura 4.37 - Plataforma del software del sistema de monitoreo de calidad de potencia y sus comunicaciones ........................................................................... 170 Figura 4.38 - Formas de onda de capturadas mostrando falla en la fase C ........ 172 Figura 4.39 - Fabricante farmacéutico en U.S.A. con PowerXpert de EATON .... 173 Figura 4.40 - Arquitectura de un sistema de monitoreo de calidad de la energía ofrecido comercialmente por EATON .................................................................. 174
12
ÍNDICE DE TABLAS
Pág. Tabla 2.1 - Clasificación y características típicas de los fenómenos electromagnéticos ................................................................................................. 46 Tabla 2.2 - Variaciones de tensión ........................................................................ 52 Tabla 2.3 - Medición de la calidad del servicio ...................................................... 81 Tabla 2.4 - Cuadro de las variables..................................................................... 102 Tabla 3.1 - Modelos multifuncionales seleccionados como muestra ................... 115 Tabla 4.1 - Sags presentados en PDVSA Petropiar, año 2004 ........................... 127
S O D A Tabla 4.3 - Resultados de armónicos en fases A, UPS -V Sede Cuenca .............. 132 R E ES Tabla 4.4 - Resultados de armónicos enR fases B, UPS - Sede Cuenca .............. 133 S O en fases C, UPS - Sede Cuenca.............. 134 H C Tabla 4.5 - Resultados de armónicos RE E D Tabla 4.6 - Comparación de los modelos empleados para monitoreo de calidad de Tabla 4.2 - Límites de armónicos de tensión - Regulación N° 004/01 ................. 131
energía eléctrica de diferentes fabricantes .......................................................... 166 Tabla 4.7 - Comparación de experiencias obtenidas por la aplicación de soluciones de última tecnología ofrecidas por Schneider Electric y EATON ......................... 176
13
Berroterán N. Diego A.; Polo B. Rafael J. “TENDENCIAS TECNOLÓGICAS PARA LA SUPERVISIÓN EN TIEMPO REAL DE LA CALIDAD DE ENERGÍA ELECTRICA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN” Trabajo Especial de Grado para optar al Título de Ingeniero Electricista; Maracaibo, Venezuela: Universidad Rafael Urdaneta, Escuela de Ingeniería Eléctrica, 2014.
RESUMEN Esta investigación surgió del interés en analizar tendencias tecnológicas empleadas para supervisión en tiempo real, de calidad de energía en distribución. Se estudiaron problemas asociados a calidad de energía, consultando IEEE std. 1159-1995 e IEC/EN 61000-4-7, donde están establecidos límites permitidos para las perturbaciones. Se analizaron resultados de estudios efectuados en algunos sistemas de distribución identificando que las anormalidades típicas son: huecos, elevaciones y fluctuaciones de tensión, flicker, desequilibrios y armónicos. Se analizaron fundamentos de técnicas de medición y registro, incluyendo parámetros medidos, ecuaciones utilizadas por medidores para calcularlos y aspectos a considerar en la medición. Se comparó algunas soluciones ofrecidas por fabricantes reconocidos, mostrando las características relevantes de 4 equipos de medición de última tecnología. Se compararon dos experiencias internacionales en la aplicación de esas soluciones en empresas que utilizaron medidores de los fabricantes Schneider Electric y EATON, las cuales obtuvieron amplios beneficios. La tendencia va dirigida a registradores y analizadores de última generación, en sistemas de supervisión permanente, con equipos que miden muchos parámetros con mejor muestreo, junto a plataformas de comunicación con protocolos compatibles que permiten el envió de mediciones a los centros de data, ofreciendo al usuario acceso remoto a la información para análisis y control.
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Palabras clave: Calidad de energía eléctrica, analizadores y registradores, última tecnología, monitoreo en tiempo real, perturbaciones en redes de distribución.
Berroterán Diego:e-mail:
[email protected] Polo Rafael: e-mail:
[email protected]
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Berroterán N. Diego A.; Polo B. Rafael J. “TECHNOLOGICAL TRENDS FOR REAL TIME MONITORING THE QUALITY OF ELECTRIC POWER DISTRIBUTION NETWORK”. Thesis for the degree of Electrical Engineer.Rafael Urdaneta University.Engineering Faculty.Electrical School.Zulia, Maracaibo, Venezuela 2014.
ABSTRACT This research came out of interest in analyzing technology trends employed in realtime monitoring of power quality in distribution. Problems in association to energy quality were studied from IEEE std. 1159-1995 and IEC / EN 61000-4-7, which set allowable limits for disturbances. Results of studies were analyzed in some distribution systems by identifying the typical abnormalities as: sags, swell and voltage fluctuations, flicker, harmonics and imbalances. Fundamentals of measuring and recording techniques were analyzed, as well as parameters measured by meters equations used to calculate and considerations in measuring. Some solutions offered by leading manufacturers were compared each other, were shown the relevant features of 4 measurement equipment of the latest technology. Were compared two international experiences in implementing these solutions in companies which obtained extensive benefits by using devices from manufacturers:Schneider Electric and EATON. The trend is directed to last generation of registers and analyzers applied in continuous monitoring systems, including the measuring equipment record many parameters with best sampling, added to communication platforms with compatible protocols allow measurements sent to the data centers, offering remote user access to information for analysis and control.
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Keywords: Electrical power quality, power analyzers and recorders, real-time monitoring, perturbations in distribution networks.
Berroterán Diego:e-mail:
[email protected] Polo Rafael:e-mail:
[email protected]
15
INTRODUCCIÓN
La presente investigación tiene por objeto el análisis de lastendencias tecnológicas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía eléctrica en redes de distribución.
Los crecientes desarrollos tecnológicos en los últimos años han conllevado al uso de cargas basadas en electrónica, junto con el aumento de la población que incluyen cargas comerciales, industriales y domésticas conectadas a la red de distribución, las cuales son susceptibles y fuentes de perturbaciones tales como;
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distorsión armónica, fluctuaciones rápidas de tensión (flicker), transitorios, sags, swell entre otros.
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O H C E El presente trabajo DEdeRinvestigación se divide en cuatro capítulos, desarrollados de la siguiente forma:
En el Capítulo I se plantea el problema, a partir del cual se desarrollaron los objetivos, la justificación, el alcance y la delimitación de la investigación.
En el Capítulo II se exponen los antecedentes de la investigación, así como las bases teóricas que permiten explicar las variables de la investigación, complementado con un conjunto de términos básicos.
En el Capítulo III se presenta la metodología utilizada en el desarrollo del trabajo, dentro de la cual se detalla el tipo y diseño de la investigación, la población y la muestra, las técnicas de recolección de datos y las fases de la investigación.
16
En el Capítulo IV se expone el análisis de los resultados, así como también una comparación de las tendencias tecnológicas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía eléctrica en redes de distribución aplicadas en experiencias internacionales.
Por último, se plantean las conclusiones obtenidas y se señalan las recomendaciones pertinentes
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17
CAPITULO I EL PROBLEMA
En este capítulo se expone el problema, los objetivos, la justificación e importancia, así como la delimitación de la investigación.
1.1.
Planteamiento del problema
A lo largo de la historia más reciente de la humanidad, la energía eléctrica ha sido
S O D VA
utilizada continuamente para cubrir cada vez más necesidades. El incremento de
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las tecnologías aplicadas a una red eléctrica prescinde de la mejora de la calidad
O H C E desde el sector E D deRproducción y distribución de la energía hasta los usuarios,
de la energía. Cada uno de estos elementos conectados a una red eléctrica, influye en la calidad de la misma. Lograr la estabilidad de dicho sistema se ha
vuelto un objetivo estratégico para las compañías de electricidad, para el personal de explotación, de mantenimiento o de gestión de las instalaciones terciarias o industriales, y para los fabricantes de equipos, especialmente por motivos de factibilidad económica de las actividades productivas.
La importancia de la calidad de energía radica en la necesidad económica de aumentar la competitividad entre las empresas, que traduce en la reducción de los costes de operación y mantenimiento, y la reducción de las instalaciones debido al sobredimensionamiento.
Otras razones son atribuibles, por un lado,
a la
generalización de equipos sensibles a las perturbaciones de tensión, siendo también ellos a su vez, elementos perturbadores, y por otro lado a la liberalización del mercado de la electricidad.
18
Con el pasar del tiempo, las redes de distribución tienden a ser más sensibles ante la baja calidad de la energía. Los huecos y cortes de tensión son dos de los mayores problemas que se propagan a través del sistema de potencia y alcanzan al consumidor final. Según la norma IEEE std.1159, un hueco de tensión es una bajada súbita de la tensión en un punto de una red de energía eléctrica, hasta un valor comprendido por convenio entre el 90% y el 10% de una tensión de referencia, seguida de un restablecimiento de la tensión de red después de un corto lapso de tiempo comprendido entre un semiperíodo de la fundamental de la red y un minuto. La misma norma define un corte de tensión o interrupción como un caso particular de hueco de tensión de profundidad superior al 90%. Se caracterizan por un único parámetro: la duración. Los cortes breves tienen una
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duración inferior a 1 minuto. Por otra parte los cortes largos son de una duración
Estas
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superior.
O H C E perturbaciones DER pueden ocurrir
en los reenganches automáticos lentos
destinados a evitar los cortes largos, así como también cuando se disparan algunos
interruptores,
cortocircuitos,
sobrecorrientes,
energización
de
instalaciones sobre todo si allí hay motores, puesta fuera de servicio de transformadores, entre otras causas.
Entre las consecuencias más resaltantes de la propagación de
los huecos y
cortes de tensión en las redes eléctricas de distribución se puede apuntar: el envejecimiento de los equipos de alumbrados, perturbación en el funcionamiento de equipos tales como los dispositivos de cómputos para el procesamiento de datos vitales para el comercio y la comunicación, líneas de producción de uso continuo, reducción de la velocidad de los motores síncronos y desestabilización en motores de inducción.
19
Otro de los problemas es la distorsión armónica e interarmónica, problema que afecta tanto a las redes eléctricas de distribución como a los consumidores finales.Las principales fuentes de armónicos son precisamente las propias cargas ya sean comerciales, industriales y domésticas. Cabe destacar, que aunque la potencia unitaria de las cargas domesticas es mucho menor que las de tipo industrial, el efecto acumulado, debido a su gran abundancia y a su utilización simultánea en períodos largos, las convierte en fuentes importantes de distorsión armónica. El principal efecto de la presencia de armónicos es un gran impacto económico por el coste adicional debido a un deterioro del rendimiento energético de la instalación, pues es necesario un sobredimensionamiento de los equipos.
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De igual manera, a las anomalías mencionadas con anterioridad se le suma el
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problema de las sobretensiones las cuales son de tres tipos ya que sus
O H C E sobretensiones temporales, DER por otra parte se encuentran las sobretensiones de consecuencias son muy diversas según el tiempo de duración. Por una parte las
maniobra y finalmente se encuentran las sobretensiones atmosféricas. Esta última tiene impacto en la red de distribución, donde los elementos del circuito están diseñados para niveles de tensión bajos en proporción al de una descarga atmosférica.
Por otro lado, las variaciones de tensión son variaciones del valor eficaz o del valor de cresta de una amplitud inferior al diez por ciento de la tensión nominal que comprenden un problema para la calidad de energía. Es conocido que las variaciones lentas de tensión están causadas por la variación lenta de las cargas conectadas a la red. De lo anteriormente mencionado, se puede conseguir que las fluctuaciones de tensión sean debidas principalmente a las variaciones rápidas de las cargas industriales. El principal efecto es el sobrecalentamiento de las máquinas asíncronas trifásicas, con el cual se reduce la esperanza de vida de la máquina.
20
Para determinar estas anomalías en el sistema, y seleccionar las acciones pertinentes que permitan solventarlas, rigiéndose con lo establecido en las regulaciones referentes a la calidad de energía eléctrica, es conveniente realizar un estudio de calidad mediante equipos o analizadores eléctricos, los cuales realizan un monitoreo en tiempo real y también llevan un registro de los parámetros eléctricos.
En los últimos años los fabricantes (Fluke, Schneider Electric, AIMC Instruments, EATON, entre otros) se han dedicado a producir equipos de medición con fines de supervisión y monitoreo de la calidad de energía, los cuales tienen la posibilidad de ofrecer diferentes tipos de medición, tales como: tensión, corriente, frecuencia,
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potencia, armónicos, fluctuaciones, transitorios, interrupciones del servicio,
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capacitancia, factor de potencia, demanda, caídas y subidas de tensión,
O H C E de eventos, capturan DERde datos RMS en tiempo real para ver todas las formas de
desbalanceo, selección de magnitudes de umbral para la determinación del inicio onda de modo que pueda determinar cómo interaccionan tensión, corriente y frecuencia; poseen registro de eventos de tensión y corriente en sistemas trifásicos, osciloscopio integrado.
Incluso en la actualidad hay equipos que pueden medir hasta 64 parámetros simultáneamente, con entradas de tarjetas flash de memoria de hasta 32 Gb para almacenamiento de los datos de eventos registrados y puertos de red para la transmisión de estos datos de forma remota. Una vez recogida dicha información por los equipos de medición, la misma requiere ser evaluada por el personal dedicado a tal función, para ello se emplean sistemas de comunicación, los cuales se están realizando de varias maneras; una de las más actuales se lleva a cabo a través de un enlace de dirección IP vía Ethernet que puede direccionar la información desde el sitio deedición a una PC de manera remota y a través de un software instalado en la computadora se puede capturar y leer dicha información.
21
Los fabricantes también han trabajado en la creación de software que faciliten y complementen la arquitectura de comunicación y la conexión con los respectivos equipos de medición. En la actualidad hay software que permiten optimizar los sistemas eléctricos y todo el equipamiento asociado, aumentando la confiabilidad y robustez de los procesos productivos, permitiendo también de forma directa implementar técnicas de eficiencia energética. Estos software son la base de los sistemas de monitoreo avanzados, ya que permiten la supervisión las 24 horas del día los 7 días de la semana, registrándose las tendencias de las diversas variables eléctricas, análisis de armónicos, continuidad del servicio, detección de transitorios. La mayoría de estos software ofrecen una gran flexibilidad ya que trabajan con sistemas operativos como Windows y Mac, haciendo posible la
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compatibilidad con computadoras de propósito general.
R
SE E R S
O H C E técnicas y plataformas que los fabricantes han tendencias de las soluciones DER Ante tanto avance tecnológico se ha planteado esta investigación para conocer las venido diseñando para aplicarlas en la detección y monitoreo, en tiempo real, de la calidad de energía en redes de distribución.
A nivel de distribución los equipos observadores de la calidad de energía suelen ser instalados en grandes clientes comerciales, industriales y en subestaciones eléctricas de distribución, y hay muchos países que ya poseen experiencia al respecto, de allí que se ha considerado interesante analizar esos desempeños para identificar sus debilidades y fortalezas.
1.2.
Formulación del problema
Para resolver el marco de la presente investigación se plantean las siguientes interrogantes:
22
¿Cuáles son las perturbaciones típicas que afectan a las redes de distribución eléctrica?
¿Cuáles son los parámetros eléctricos que permiten identificar la calidad de energía en un sistema de distribución, bajo condiciones normales y ante perturbaciones?
¿Cuáles son los adelantos tecnológicos que se han desarrollado aplicables para la medición de calidad de energía, en tiempo real, en los sistemas de distribución?
S O D VA la supervisión en tiempo real de la calidad de energía eléctrica? R E ES R S O H C RE E D 1.3. Objetivos de la investigación
¿Qué experiencia se ha obtenido de la aplicación de soluciones tecnológicas para
Los objetivos planteados de la presente investigación son los siguientes:
1.3.1 Objetivo general
Analizar las tendencias tecnológicas empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía en redes de distribución.
1.3.2 Objetivos específicos
Identificar el problema de la calidad de energía en los sistemas de distribución.
23
Determinar los fundamentos de la técnica de medición de la calidad de energía empleada para la supervisión en tiempo real de los sistemas de distribución.
Analizar las técnicas empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía, basadas en registradores de la señal recogida.
Comparar las soluciones de última tecnología ofrecidas por fabricantes para la detección en tiempo real de las perturbaciones de la calidad de energía, así como la experiencia obtenida por la aplicación de las mismas en los sistemas de distribución.
1.4.
Justificación e importancia
R
SE E R S
O H C E divulgación DEdeRtecnología, académico
S O D VA
El aporte de este trabajo de investigación se puede clasificar en 3 bloques que son:
referido a la Universidad Rafael
Urdaneta y un enriquecimiento a los conocimientos de los autores en la rama de calidad de energía en sistemas de distribución.
El presente estudio es de gran relevancia ya que servirá como una contribución a la divulgación de tecnología, pues su producto es una recopilación de información actualizada para facilitar a investigaciones futuras en el área de sistemas de distribución; enfocada específicamente en el entorno de calidad de energía. Se ofrecen detalles de las plataformas de medición y tecnologías de última generación ofrecidas comercialmente por fabricantes (Fluke, Schneider Electric, AEMC Instruments, EATON) para el monitoreo de la calidad de energía en los sistemas de distribución.
24
El aporte estará por la forma directa y resumida en que se mostrarán las experiencias obtenidas en sistemas de distribución residenciales, comerciales e industriales, en cuales se estén aplicando soluciones técnicas de fabricantes reconocidos mundialmente, indicando claramente todas las mejorías que se hayan derivado de esas implementaciones. Aspectos que deben ser divulgados en la comunidad de ingeniería eléctrica de URU para sensibilizar a sus profesores y estudiantes en la gran importancia que está adquiriendo el análisis del problema de calidad de energía eléctrica.
Este trabajo de investigación traerá aportes dentro de la Universidad Rafael Urdaneta ya que alimentará sus líneas de investigación, principalmente en el área
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calidad de energía eléctrica en redes de distribución. De igual forma, será una
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base para cualquier otra rama de investigación nacional, en la cual esté
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involucrada la medición de la calidad de energía a nivel de distribución.
Los autores de esta investigación se verán beneficiados con la adquisición de nuevos conocimientos sobre la medición de la calidad de energía dirigidos a redes de distribución, y a su vez en aprendizaje sobre las nuevas tecnologías en dicho ámbito. A través de estos nuevos estudios se obtendrá experiencia de gran valor para utilizarla a la hora de evaluar sistemas de distribución en condiciones normales y bajo perturbaciones.
1.5.
Delimitación de la investigación
Esta investigación estuvo delimitada de la siguiente manera:
25
1.5.1 Delimitación espacial
Se desarrolló en la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Rafael Urdaneta, ubicada en la Sede de la Vereda del Lago, avenida 2 (El Milagro), con calle 86 del municipio Maracaibo del estado Zulia.
1.5.2 Delimitación temporal
Esta investigación se desarrolló desde Junio de 2013 hasta Abril de 2014.
1.5.3
Delimitación científica
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O H C RE E D El contenido de la investigación está enmarcado en el ámbito de la Ingeniería Eléctrica, dentro del área de Potencia y las sub áreas Sistemas de Distribución y Calidad de Energía Eléctrica, bajo la línea de investigación: Supervisión en tiempo real de la calidad de energía eléctrica.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
En este capítulo se presentan los antecedentes y las bases teóricas que permitieron identificar las variables del estudio y el conjunto de términos básicos necesarios para su comprensión.
2.1
Antecedentes de la investigación
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A continuación se expone la información de algunos trabajos que guardan una
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estrecha relación con esta investigación:
O H C RE G. presentó el trabajo especial de grado titulado: En el año 2007 DEHernández Evaluación de la Calidad del Servicio Eléctrico y Coordinación de Protecciones en las edificaciones norte 1 y norte 3 de PDVSA INTEVEP, para optar al título de Ingeniero Electricista en la Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela.
Los objetivos generales de este trabajo fueron la evaluación de los sistemas de protección instalados, incluyendo la verificación de la coordinación de protecciones y recomendar mejoras a la misma; y evaluar la calidad de servicio en el sistema eléctrico y recomendar mejoras que estén enmarcadas dentro de la normativa que exige la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico.
PDVSA INTEVEP planteó la necesidad de realizar un estudio de coordinación de protecciones y calidad de servicio eléctrico en dos de sus edificaciones. Para ello se llevó a cabo la actualización de los diagramas unifilares de cada edificio,
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cálculos de los niveles de cortocircuito en los puntos de interés, descripción y ubicación de los equipos de maniobra verificando sus capacidades de interrupción, revisión de los ajustes y coordinación de protecciones existentes, y un estudio sobre la calidad de servicio eléctrico mediante los siguientes parámetros: Variación de tensión, distorsión total de armónicos (THD) y Flicker. Los resultados obtenidos de la medición de estos parámetros indicaron que estaban dentro del rango de la normativa venezolana. Se determinó que el sistema eléctrico de cada edificio presentaba una coordinación de protecciones no adecuada, y algunos interruptores tenían capacidad de interrupción que estaba por debajo del nivel de cortocircuito. En base a los resultados de los estudios realizados se hizo una propuesta factible y recomendaciones para el correcto funcionamiento de las
S O D A en la revisión de los Vbase selectivo, seguro, sensible y rápido. Esto se obtuvoR con E ES R ajustes y coordinación de protecciones. S O H C E DER
protecciones, logrando así contar con un sistema de protección que es confiable,
Mediante el estudio de coordinación de protecciones del sistema actual se determinó que, de los 12 interruptores a ser ajustados, 6 presentan sus ajustes actuales correctamente para una buena coordinación de fase y sólo uno debe conservar sus ajustes actuales para una buena coordinación de tierra. Por lo que los edificios bajo estudio no poseen una adecuada coordinación de protecciones, que le permita una buena selectividad, seguridad y sensibilidad, en el momento de despejar una falla.
Con el sistema propuesto en este trabajo se logra una adecuada coordinación entre los diferentes equipos de protección del circuito. Con la ejecución de este trabajo quedaron actualizados, en gran parte, los diagramas unifilares del sistema eléctrico de los edificios y sus dispositivos de protección. Para los dispositivos de protección que no poseían adecuadas capacidades de interrupción se sugirieron sustituciones o intercambios por otros que sí cumplan con este requisito.
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Se recomendó realizar los ajustes propuesto para lograr una buena coordinación, llevar un control sobre la coordinación y ajuste de los sistemas de protección de los circuitos, llevar a cabo cuanto antes la sustitución de interruptores y el reajuste de los dispositivos de protección propuestos, realizar un monitoreo constante de armónicos para detectar posibles aumentos, y evitar el sobrecalentamiento de conductores, transformadores y motores. Esto se puede lograr con la instalación de filtros que confinen éstos armónicos en la cercanía de sus fuentes y se limiten así sus efectos nocivos, en particular su posible influencia sobre las protecciones eléctricas. Al momento de realizar sustituciones o instalaciones nuevas se deben calcular los niveles de cortocircuito máximos para proteger adecuadamente el sistema y elegir la capacidad de interrupción correcta de los equipos de protección.
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O H C E servicio eléctricoE D asíRcomo mantener un monitoreo constante de armónicos para
Este trabajo destaca la importancia de realizar estudios sobre la calidad de detectar posibles aumentos, y evitar el sobrecalentamiento de conductores, transformadores y motores; su aporte para la presente investigación estuvo representado en que de allí se extrajo información sobre el comportamiento de perturbaciones típicas de sistemas industriales petroleros.
En el año 2009 Sarmiento F. y Sánchez V. presentaron el trabajo especial de grado titulado: Análisis de la Calidad de Energía Eléctrica y estudio de carga de la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca, para optar al título de Ingeniero Electricista en la Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca, Ecuador.
El objetivo general de este trabajo fue analizar la calidad del servicio eléctrico del cliente Universidad Politécnica Salesiana.
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En términos generales se realizó el monitoreo de los principales parámetros eléctricos, con lo cual se concluyó que la calidad de energía de la Universidad se encontraba dentro de los parámetros normales, debiendo considerar algunas recomendaciones para evitar gastos innecesarios. Con el levantamiento de la información, que fue utilizada para actualizar el sistema eléctrico de la Universidad, se evidenció la desfavorable distribución de los alimentadores secundarios, y de no tener una adecuada coordinación de protecciones, los centros de carga no están ubicados en los sitios adecuados, existen tomacorrientes instalados en circuitos de iluminación y viceversa, no están organizadas las cargas de acuerdo a las áreas de trabajo, lo cual trae inconvenientes al momento de aislar circuitos para realizar tareas de
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mantenimiento, o resetear los mismos en condiciones de falla.
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O H C E eléctrica, se detectaron DER problemas con la instalación de puesta a tierra del edificio En el monitoreo efectuado con los equipos de medición de calidad de energía
“Cornelio Merchán”, las diferentes mallas de tierra con las que cuenta el mismo, estuvieron flojas, lo que se corrigió, posterior a lo cual, mejoraron los voltajes nominales.
De los resultados del análisis de voltaje, se pudo observar que las curvas de voltaje alcanzan en horario en el que se suspenden las actividades, con lo que se comprobó que el banco de capacitores de “matricería” no se desconecta por las noches, lo que hace que el voltaje se eleve, debido a que la desconexión automática de dicho banco no está funcionando.
Se presentaron anomalías en los armónicos; ocasionados principalmente en los circuitos que alimentan el área de Sistemas como son: laboratorios de internet y salas de cómputo, y un gran número de luminarias, debido a que son cargas no lineales y por lo tanto generan armónicos que afectan todo el sistema eléctrico de
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la Universidad. Se comprobó que estos armónicos son los que introducen ruido en la forma de onda, lo que hace que los equipos electrónicos sensibles se vean afectados.
Por otro lado el factor de potencia no cumplió con lo establecido en la Regulación, debido a que en los talleres de electricidad, mecánica y “matricería”, cuentan con maquinaria que afecta dicho factor como son: Suelda, tornos, fresadoras, esmeriles, laboratorios, etc., que a pesar de disponer de un banco de capacitores, éste no funciona adecuadamente. El problema de desbalance de carga y por consiguiente de tensión, se incrementa generalmente por las ampliaciones no planificadas, las mismas que en su gran mayoría son monofásicas o bifásicas, lo
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que provoca la sobrecarga de cualquiera de las fases, afectando a la calidad de
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energía en uno de los transformadores. De los resultados de las mediciones se las O protecciones de varios H C E sobredimensionadas, DERsin existir coordinación de las mismas. pudo
constatar
que
circuitos
están
Se sugirió como recomendación crear una departamento o sección de mantenimiento, cuyas actividades estarán destinadas a realizar labores íntegras de mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo de las instalaciones eléctricas de la Universidad, En la actualidad se ha comprobado que el mantenimiento ya no debe ser considerado como un gasto, por el contrario es necesario que se lo mire como una inversión que permite mejorar la confiabilidad, continuidad y productividad de la Universidad, además tiene una alta incidencia en el aspecto social, por tratarse de un institución educativa. También se sugirió adquirir un equipo de monitoreo de la calidad de la energía eléctrica para realizar análisis permanentes y de esta manera monitorear el sistema eléctrico de la universidad en tiempo real. De la misma manera para corregir los niveles de armónicos se consideró necesaria la adquisición de un filtro activo ACCUSINE PCS, el cual tiene la facultad de corregir el FP y eliminar los armónicos.
31
De este proyecto también se tomó información sobre el comportamiento de perturbaciones típicas de sistemas comerciales.
En el año 2010 Franco J. presentó el trabajo especial de grado titulado: Propuesta de un Sistema de Calidad de Energía Eléctrica para el mejorador de crudos de PDVSA PETROPIAR en el complejo criogénico José Antonio Anzoátegui, para optar al título de Ingeniero Electricista en la Universidad de Oriente, Anzoátegui, Venezuela.
El objetivo general de esta investigación fue proponer un sistema de indicadores
S O D objetivos específicos fueron: a) Describir el sistemaVde Adetección de fallas y R E S de los equipos de medición y perturbaciones; b) Inspeccionar el estado Eactual R S H respaldo con los que cuenta laO empresa; c) realizar un diagnóstico del sistema C E R E eléctrico en laD subestación principal del mejorador, basado en la data existente de calidad de energía eléctrica para el mejorador de PDVSA PRETOVIAR y los
proporcionada por el relé; d) Identificar fallas y perturbaciones por causa de la deficiencia en la calidad de energía; e) Formular el sistema de indicadores de calidad de energía eléctrica.
Al culminar todas revisiones de las estadísticas de fallas, las evaluaciones y la realización a cabalidad de los planes de mantenimiento, tales como el BF (Búsqueda de Fallas), MBT (Mantenimiento Preventivo Basado en Tiempo), MBC (Mantenimiento Basado en Condición); tanto al equipo de medición, como lo es el Relé Multilin EPM; como a los equipos de respaldo, como lo son los sistemas DC, UPS’s, RideThrough y los Generadores de Emergencia Diesel. Se obtuvo que tanto el equipo de medición como los equipos de respaldo, cumplieron con todas las normativas y se encuentra en un estado óptimo para el cumplimiento de todas sus funciones.
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Los Sags y Swells de tensión fueron perturbaciones detectadas en pocas ocasiones, quizás por la deficiencia en la detección de eventos por el sistema de medición. Los valores de frecuencia fundamental registrados en todos los circuitos se encontraron dentro de los límites establecidos por la norma PDVSA N-201, la cual exige un máximo de ±2 % de variación.
El sistema de medición de calidad de energía existente, no proporcionaba la mayor eficiencia para la obtención de soluciones a los problemas encontrados, teniendo en cuenta las normas y las exigen establecidas por la empresa. Por esto se planteó sustituir el sistema de medición existente por un sistema de medición con mayor capacidad de lectura y descarga de datos, mayor eficiencia y rendimiento, como es el caso del Relé EPM 9650.
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O H C E regularidad, incluyendo DER la descarga de data, para así poder estar completamente
Se recomendó: a) realizar estudios de calidad de energía eléctrica con más informado de la calidad de energía que está llegando al mejorador, y no estar en una posición desventajosa al momento de presentarse una falla en el suministro de energía; tener especial cuidado en la distribución de las cargas, ya que un desbalance mayor de las fases, podría causar daño en los equipos, específicamente, en motores de inducción, bombas, entre otros; c) implementar el sistema de indicadores de calidad de energía propuesto, debido a la necesidad de reemplazar el medidor de calidad de energía existente, ya que este brinda una mejor lectura, documentación de eventos y perturbaciones, ofreciendo así un desempeño óptimo de los equipos y maquinarias con los que cuenta la empresa.
El presente trabajo especial de grado brinda un gran aporte a la presente investigación ya que fue usado para sacar información sobre el comportamiento de perturbaciones típicas de sistemas de distribución industrial.
33
2.2
Bases teóricas
En la presente sección de este trabajo especial de grado se expondrán conceptos básicos, definiciones para la comprensión de la investigación. Incluye aspectos de sistemas de distribución y las perturbaciones que afectan la calidad de energía eléctrica.
2.2.1 Sistemas de distribución Tal como lo señalan Espinosa y Lara (1990), los sistemas de distribución son el
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conjunto de instalaciones desde 120V hasta tensiones 34.5KV encargadas de
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entregar la energía eléctrica a los usuarios.
O H C E ER En el nivel deD baja tensión por lo general hay confusiones con las instalaciones internas o grandes industrias y en tensiones mayores de los 34.5KV, como es el caso de cables de subtransmisión de 85KV que se traslapan con tensiones mayores especialmente en países industrializados en que la población urbana es alta, y se consideran estas tensiones como de distribución.
2.2.1.1 Campos de desarrollo
Dependiendo de los métodos de operación, las estructuras de redes y el equipo que se use se califican en 5 campos principales de desarrollo.
34
Sistemas de distribución industriales
Estos sistemas presentan grandes consumidores de energía eléctrica, como plantas petroquímicas, de acero, de papel y otros procesos industriales similares. Aunque son de distribución, deben ser alimentados a tensiones más elevadas que las usuales, es decir, 85KV o mayores. Con frecuencia el consumo de energía de estas industrias equivale al de una pequeña ciudad, generando ellas mismas en algunas ocasiones, parte de la energía que consumen. La red de alimentación y la estructura de la misma deberán tomar en cuenta las posibilidades o no de su interconexión con la red o sistema de potencia, ya que
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esto determinará la confiabilidad del consumidor, que en este caso es muy
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importante debido al alto costo que significa una interrupción de energía. Dentro
O H C E del grado de confiablidad DER que cada una de ellas requiere; así, es muy importante de las diferentes industrias existen una gran variedad de tipos de carga y por tanto
el papel de la ingeniería de distribución en este caso, ya que solamente ésta podrá
ayudar a definir el tipo de alimentación, estructura, su tensión y en consecuencia, el grado de confiabilidad que este consumidor requiera.
Sistemas de distribución comerciales
Estos sistemas son los que se desarrollan para grandes complejos comerciales o municipales como rascacielos, bancos, supermercados, escuelas, aeropuertos, hospitales, puertos marítimos, entre otros. Este tipo de sistema posee sus propias características por el tipo de demanda de energía que tiene con respecto a la seguridad tanto de las personas como de los inmuebles. En estos casos se cuenta con generación local, en forma de plantas generadoras de energía, mismas que son parte importante en el diseño del sistema de alimentación en este tipo de servicios.
35
Parques industriales
Esta área se refiere a la alimentación en zonas definidas denominadas parques industriales, a pequeñas o medianas industrias localizadas por lo general en las afueras de las ciudades o centros urbanos. Las estructuras pueden ser similares a las anteriores; sin embargo, los requisitos de continuidad varían, siendo en algunos casos no muy estrictos. Por lo general, la tensión de alimentación en estas zonas es mediana por lo que el desarrollo de las redes de baja tensión es mínimo. La planeación de estos sistemas se debe considerar con gran flexibilidad ya que la expansión en estas zonas industriales es grande, en especial en zonas nuevas en países en desarrollo en la mayoría de los casos estas estructuras son
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desarrolladas y operadas por las compañías de distribución estatales.
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Sistemas de distribución urbanos y residenciales
Estos sistemas por lo general son también responsabilidad directa de las compañías suministradoras de energía eléctrica, y consisten en la mayoría de los casos en grandes redes de cables subterráneos o aéreos desarrollados en zonas densamente pobladas. En grandes centros urbanos las cargas son con frecuencia considerables, aunque nunca comparables con las cargas industriales. Por otra parte, en zonas residenciales las cargas son ligeras y sus curvas de carga muy diferentes a las de las zonas urbanas, comerciales o mixtas; por lo tanto, las estructuras de alimentación para estas zonas son distintas y los criterios con los que se debe diseñar son exclusivos para este tipo de cargas.
Distribución Rural
Esta área de la distribución es la que tiene la densidad de carga más baja de las mencionadas y por ello requiere soluciones especiales que incluyan tanto las
36
estructuras como los equipos. Las grandes distancias y las cargas tan pequeñas representan un costo por KWh muy elevado, por lo que en muchas zonas es preferible generar la energía localmente cuando menos al inicio de la redes.
2.2.1.2
Tipos de sistemas de distribución
La topología del sistema tiene una influencia decisiva en la continuidad del sistema y un impacto menor en la regulación de tensión. En cuanto a su operación, hay tres tipos fundamentales de redes de distribución
Sistema radial
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O H C RE E D el servicio de energía eléctrica. Este posee un simple camino sin regreso sobre el
Es aquel que cuenta con una trayectoria entre la fuente y la carga, proporcionando cual pasa la corriente, parte desde una subestación y se distribuye por forma de “rama”. Este tipo de sistema de distribución tiene como característica básica, el que está conectado a un sólo juego de barras como se muestra en la figura 2.1. Existen diferentes tipos de arreglo sobre este sistema, la elección del arreglo está sujeta a las condiciones de la zona, demanda, confiabilidad de continuidad en el suministro de energía, costo económico y perspectiva a largo plazo.
Este tipo de sistema, es el más simple y el más económico debido a que es el arreglo que utiliza menor cantidad de equipo, sin embargo, tiene varias desventajas por su forma de operar. Primero el mantenimiento de los interruptores se complica debido a que hay que dejar fuera parte de la red, y por otro lado son los menos confiables ya que una falla sobre el alimentador primario principal afecta a la carga. Este tipo de sistemas es instalado de manera aérea y/o subterránea.
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O H C E Figura 2.1. Sistema de DERdistribución radial (Westinghouse Electric Corporation, 1964)
Sistemas radiales aéreos
Los sistemas de distribución radiales aéreos se usan generalmente en las zonas urbanas, suburbanas y en las zonas rurales. Los alimentadores primarios que parten de la subestación de distribución están constituidos por líneas aéreas sobre postes y alimentan los transformadores de distribución, que están también montados sobre postes. En regiones rurales, donde la densidad de carga es baja, se utiliza el sistema radial puro. En regiones urbanas, con mayor densidad de carga se utiliza también el sistema radial, sin embargo, presenta puntos de interconexión los cuales están abiertos como se muestra en la figura 2.2, en caso de emergencia, se cierra para permitir pasar parte de la carga de un alimentador a otro, para que en el momento que ocurra una falla se pueda seccionar ésta y mantener su operación al resto mientras se efectúa la reparación.
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La principal razón de ser de los sistemas radiales aéreos radica en su diseño de pocos componentes, y por ende su bajo costo de instalación aunque puede llegar a tener problemas de continuidad de servicio.
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Figura 2.2. Dos circuitos radiales con un enlace normalmente abierto (Short, 2006)
Sistemas radiales subterráneos
La necesidad de líneas subterráneas en un área en particular es dictaminada por las condiciones locales. La elección del tipo de sistema depende sobre todo de la clase de servicio que se ofrecerá a los consumidores en relación al costo. Los sistemas de distribución radiales subterráneos se usan en zonas urbanas de densidad de carga media y alta, donde circulen líneas eléctricas con un importante número de circuitos dando así una mayor confiabilidad que si se cablearan de manera abierta.
39
Los sistemas de distribución subterráneos están menos expuestos a fallas que los aéreos, pero cuando se produce una falla es más difícil localizarla y su reparación lleva más tiempo. Por esta razón, para evitar interrupciones prolongadas y proporcionar flexibilidad a la operación, en el caso de los sistemas radiales subterráneos se colocan seccionadores para permitir pasar la carga de un alimentador primario a otro (figura 2.3). También se instalan seccionadores para poder conectar los circuitos secundarios, para que en caso de falla o de desconexión de un transformador, se puedan conectar sus circuitos secundarios a un transformador contiguo.
Existe la tendencia a realizar la distribución eléctrica de zonas residenciales
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suburbanas mediante instalaciones subterráneas. Generalmente los alimentadores
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primarios consisten en cables subterráneos dispuestos formando un anillo, que
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funciona normalmente abierto, conectados a un alimentador aéreo próximo.
Figura 2.3. Sistema de distribución radial subterráneo (Westinghouse Electric Corporation, 1964)
40
Sistema Anillo
Es aquel que cuenta con más de una trayectoria entre la fuente o fuentes y la carga para proporcionar el servicio de energía eléctrica. Este sistema comienza en la estación central o subestación y hace un “ciclo” completo por el área a abastecer y regresa al punto de donde partió. Lo cual provoca que el área sea abastecida de ambos extremos, permitiendo aislar ciertas secciones en caso de alguna falla (figura 2.4). Este sistema es más utilizado para abastecer grandes masas de carga, desde pequeñas plantas industriales, medianas o grandes construcciones comerciales donde es de gran importancia la continuidad en el servicio.
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Figura 2.4. Distribución en anillo(Westinghouse Electric Corporation, 1964)
Cualquier variante del sistema en anillo, normalmente provee de dos caminos de alimentación a los transformadores de distribución o subestaciones secundarias. En general, la continuidad del servicio y la regulación de tensión que ofrece este sistema son mejor que la ofrece el sistema radial. La variación en la calidad del servicio que ofrecen ambos sistemas, depende de las formas particulares en que se comparen.
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Regularmente, el sistema anillo tiene un costo inicial mayor y puede tener más problemas de crecimiento que el sistema radial, particularmente en las formas utilizadas para abastecer grandes cargas. Esto es principalmente porque dos circuitos deben ponerse en marcha por cada nueva subestación secundaria, para conectarla dentro del anillo. El añadir nuevas subestaciones en el alimentador del anillo obliga a instalar equipos que se puedan anidar en el mismo. Las ventajas en operación de este sistema son las siguientes:
-
Son los más confiables ya que cada carga en teoría se puede alimentar por dos trayectorias.
-
Permiten la continuidad de servicio, aunque no exista el servicio en algún transformador de línea.
-
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Al salir de servicio cualquier circuito por motivo de una falla, se abren los dos
O H C RE instantáneamente. Si falla un transformador o una línea restablecido el DEservicio interruptores adyacentes, se cierran los interruptores de enlace y queda
la carga se pasa al otro transformador o línea o se reparte entre los dos adyacentes. -
Si el mantenimiento se efectúa en uno de los interruptores normalmente cerrados, al dejarlo desenergizado, el alimentador respectivo se transfiere al circuito vecino, previo cierre automático del interruptor de amarre.
Sistema red o malla
Este tipo de sistema provee una mayor confiabilidad en el servicio que las formas de distribución radial o en anillo, ya que se le da alimentación al sistema desde dos puntos diferentes y le permite a la potencia alimentar desde cualquier fuente de poder o desde cualquier subestación de distribución (figura 2.5). Este sistema es utilizado donde la energía eléctrica tiene que estar presente sin interrupciones,
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debido a que u una falta de continuid dad en un periodo de e tiempo p prolongado o tendría gran ndes conse ecuencias, por ejemp plo en una fundidora.
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Figura 2.5.. Sistema en e red o ma alla (Westin nhouse Ele ectric Corp poration, 19 964)
1.3 2.2.1
E Elementos s de sistem mas de dis stribución n
Los sistemas de distrib bución esttán integra ados básiccamente p por los sig guientes elem mentos:
43
Transformador de distribución: son dispositivos que generalmente son alimentados desde las líneas de distribución de la compañía suministradora del servicio eléctrico en voltajes de 13200V, 23000V y 34500V; estas tensiones son reducidas a tensiones de valor 120V, 240V, 208V, 480V. Existen transformadores monofásicos y trifásicos, siendo éstos últimos utilizados principalmente para la industria y comercio. Pueden ser de tipo poste o pedestal (PadMounted)
Equipos de compensación reactiva: están integrados en su mayoría por banco de condensadores o inductancias en serie con cada paso de
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condensadores.
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Elementos de protección contra sobrecorrientes: son dispositivos que
O H C E DelEmalRfuncionamiento del equipo o la línea. Las fallas pueden ser detectando
monitorean continuamente la corriente asociadas con la línea y sus terminales, debido a contacto entre una o más fases y tierra, y sobrecargas.
Elementos de protección contra descargas atmosféricas y maniobras (pararrayos): son los elementos de protección del transformador contra transitorios provocados por descargas atmosféricas (rayos), así como los provocados por el switcheo o maniobra en el sistema eléctrico de la compañía suministradora.
Elementos de desconexión (cuchillas desconectadoras operadas en grupo e interruptores): son usados primordialmente para conectar o desconectar una sección o transformadores que no tienen corriente de carga. También, son usados en conjunto con los interruptores para proporcionar una forma segura de aislar un circuito, en caso de falla o de mantenimiento.
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Barras conductoras (bus): se le da el nombre a todo lo referente a la estructura eléctrica a la cual todas las líneas y transformadores son conectados. El diseño de la estructura debe cumplir con mecanismos que soporten fuerzas grandes debido al resultado de los campos producidos por altas corrientes de cortocircuito.
Troncal: se observa en la figura 2.6 un circuito de distribución típico (alimentador) del conjunto perteneciente a una subestación. Un alimentador es un circuito que sale de la subestación. La parte principal, de mayor calibre, se denomina troncal y generalmente es trifásico. La protección de sobre corriente
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del troncal se ofrece desde la subestación mediante el interruptor y cuando su longitud es muy larga se coloca un reconectador aguas abajo coordinado con el interruptor
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Figura 2.6. Subestación de distribución mostrando un alimentador (Short, 2006)
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Ramal: se denomina ramal a aquellos circuitos que se derivan del troncal o parte principal del alimentador. Son de menor calibre que el troncal y pueden ser de una, dos y tres fases. Los circuitos ramales están normalmente conectados con el alimentador mediante un fusible que los protege en caso de fallas, y deben ser coordinados aguas arriba con el interruptor del circuito, con el reconectador o con otro fusible según sea el caso.
2.2.2 Calidad de energía
El estándar IEC 61000-4-30 define calidad de energía como las características de
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la electricidad en un punto dado de una red de energía eléctrica, evaluadas con
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relación a un conjunto de parámetros técnicos de referencia; mientras que la
O H C RE electromagnéticos caracterizan la tensión y la corriente en un instante dado y DEque norma IEEE std. 1159-1995 la define como una gran variedad de fenómenos en un punto determinado de la red eléctrica.
2.2.3 Problemas de la calidad de energía
Para conocer los problemas que afectan la calidad de la energía eléctrica se revisaron normativas internacionales vigentes que se especifican más adelante.
2.2.3.1
Fenómenos electromagnéticos
Según la IEEE std. 1159-1995 los fenómenos electromagnéticos pueden ser de tres tipos:
46
Variaciones en el valor RMS de la tensión o la corriente.
Perturbaciones de carácter transitorio.
Deformaciones en la forma de onda.
En la tabla 2.1 se
muestra un resumen de las características típicas de los
fenómenos electromagnéticos.
Tabla 2.1. Clasificación y características típicas de los fenómenos electromagnéticos
SE E R S
R
O H C E DER
(IEEE std.1159-1995)
S O D VA
47
2.2.3 3.2
T Transitorio o impulsiv vo
Es un u cambio o súbito y unidirecccional (possitivo o ne egativo) en n la condiición de estado estable e de la tenssión, la co orriente o e en ambos, también p puede ocurrrir en la frecu uencia presentándosse diferente e a la del ssistema de potencia.
pero de corta dura Son de mode erada y elevada e m magnitud ación med dida en micrrosegundoss. Como lo indica la a figura 2..7, normalmente esttán caracte erizados por su comportamiento en el tiem mpo; son crecientes durante d un n lapso de e 1 a 10 μsecc, y decreccientes de 20 a 150 μsec, μ y pue eden ser expresados e s por su co ontenido
S O D VA
espe ectral.
R
SE E R S
O H C E DER
Figura a 2.7. Trans sitorio impu ulsivo de c corriente. (IIEEE Std. 1 1159-1995)
2.2.3 3.3
T Transitorio os oscilato orios
Son cambios súbitos s en la condició ón de estado estable e de la tenssión, la corrriente o en ambos, a y de frecuen ncia difere ente a la del d sistem ma de pote encia; que incluye valores de amb bas polarid dades tanto positiva como nega ativa (figurra 2.8).
48
Este e tipo de transitorio o se desccribe por su contenido espe ectral, durración y mag gnitud. Porr su frecue encia se clasifican c e en: transito orios de a alta, media a y baja frecu uencia.
L Los transitorios osccilatorios con c una frrecuencia mayor de e 500 kHzz y una d duración t típica med dida en microsegund dos (o varrios cicloss de la fre ecuencia f fundament tal) son considerados s transitorios oscilato orios de altta frecuen ncia.
C Cuando la a frecuenccia se encuentra entre 5 y 500 kHz se consid dera un t transitorio de frecuencia mediia.
U transito Un orio con un na frecuencia inferiorr a 5 kHz, y una duración de 0,3 0 ms a
S O D VA
5 ms, se considera un transito 50 orio de bajja frecuen ncia laFigurra 2.9.
R
SE E R S
Suce eden en los nivele es de sub btransmisió ón y distribución y en los sistemas s
O H C ERE enerrgización D d bancoss de capa de acitores qu ue hacen oscilar la tensión con c una
industriales y es causad do por dive ersos tiposs de eventos. El má ás frecuen nte es la frecu uencia enttre 300 y 900 9 Hz. La a magnitud d pico obsservada no ormalmentte es de 1,3 - 1,5 p.u. con una u duracción entre e 0,5 y 3 ciclos dependien ndo del amo ortiguamien nto del sistema.
Figura 2.8. Corrriente transitoria osc cilatoria (IE EEE std. 1159-1995)
49
Figura 2.9 9. Transitorrio oscilato orio de baja a frecuenc cia (IEEE sttd. 1159-1995)
3.4 2.2.3
H Huecos de e tensión
S O D VA
R
SE E R S
O H C ERE de te ensión, coD nsisten en n una reducción entre e 0,1 y 0,9 9 p.u. en e el valor RM MS de la
Los huecos de e tensión (S Sag o Dip)), también conocidoss como vallles o deprresiones tensión o corrie ente con una u duració ón de 0,5 cciclo a un minuto, m tall como se muestra en la a figura 2.10. Los hu uecos de tensión t so on normalm mente asocciadas a fa allas del siste ema, a la energizació e ón de gran ndes carga as, al arran nque de motores de elevada pote encia y a la a energizacción de tran nsformado ores de pottencia.
Los efectos no ocivos de los huecos de tensión depend den de su duración y de su profu undidad, estando e rellacionadoss con corto ocircuitos en e el siste ema, pero también por la energizzación de grandes cargas o por arranques de motores de alta capa acidad, pre esentando además efectos so obre la velocidad de e los moto ores. De acue erdo a la duración d lo os huecos se subdividen en tre es categorrías: instan ntáneos, mom mentáneos y tempo orales, lass cuales coinciden con las correspon ndientes clasiificacioness para las interrupcion nes y crestas.
50
Figura 2..10. Hueco de tensión n (IEEE std d. 1159-199 95)
2.2.3 3.5
C Crestas
S O D VA
R
SE E R S
O H C E corriiente entre e 1,1 u duración desde 0,5 ciclo a un minuto o (figura DEyR1,8 p.u. con una Una cresta (Sw well) se de efine como o un increm mento del valor v RMS de la tens sión o la
2.11). Como en e el caso o de los hu uecos, las crestas son s asociadas a falla as en el
siste ema aunqu ue no son tan t comunes ellos. Un U caso típ pico es la e elevación temporal de la a tensión en e las fase es no falla adas duran nte una falla de línea a a tierra; también pued den ser ca ausadas po or la desco onexión de e grandes cargas o la energiza ación de gran ndes banco os de capa acitores.
Figu ura 2.11. Crresta de vo oltaje instan ntáneo (IEE EE std. 115 59-1995)
51
2.2.3 3.6
In nterrupcio ones
Una interrupció ón ocurre cuando la tensión o la corriente de la ca arga disminuyen a men nos de 0,1 p.u. por un u período o de tiempo o que no excede e un n minuto, como c se mue estra en la figura 2.12 2. Las inte errupcioness pueden ser el resu ultado de fallas f en el sisstema, equ uipos averriados o de ebidas al m mal funcion namiento d de los siste emas de conttrol. Las interrupciones se cara acterizan por p su dura ación ya qu ue la magnitud de la te ensión es ssiempre inferior al 10 0% de su valor nom minal. El recierre instantáneo gene eralmente limita la in nterrupción n causada por una fa alla no permanente a menos de 30 3 ciclos.
R
SE E R S
O H C E DER
S O D VA
Fig gura 2.12. Interrupció I ón momenttánea (IEEE E std. 1159 9-1995)
2.2.3 3.7
V Variacione es de tensión de larg ga duració ón
Son aquellas desviacion nes del va alor RMS de la ten nsión que ocurren con c una dura ación superrior a un minuto. m
52
La norma ANSI C84.1 especifica las tolerancias en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. Una variación de voltaje se considera de larga duración cuando excede el límite de la ANSI por más de un minuto. Debe prestarse atención a los valores fuera de los rangos mencionados en la tabla 2.2. Los límites están definidos entre +10% y –10% de la tensión nominal.
Tabla 2.2. Variaciones de tensión
R
SE E R S
O H C E DER (ANSI C84.1) 2.2.3.8
S O D VA
Clasificación de las variaciones de tensión de larga duración
Sobretensión es el incremento de la tensión a un nivel superior al 110% del valor nominal por una duración mayor de un minuto. Las sobretensiones son usualmente el resultado de la desconexión de grandes cargas o debido a la conexión de bancos de capacitores.
Generalmente se observa cuando el sistema es muy débil para mantener la regulación de la tensión o cuando el control de la tensión es inadecuado. La incorrecta selección del TAP en los transformadores ocasiona sobretensión en el sistema.
53
Figura a 2.13. Sobrretensiones de larga duración (IEEE std. 1 1159-1995)
S O D S entiend Se de por caíd da de tens sión ala re educciónR en nV elA valor R RMS de la a tensión E S Euna duracción mayorr de un minnuto. La a menos d del 90% de el valor nominalR por S O C c conexión d de una car rga oH la de esconexión n de un ba anco de ca apacitores pueden E R E D baja tensión c causar un na t ha asta que los equip pos de rregulación actúen rlo. c correctame ente para restablece r
L circuito Los os sobreca argados pu ueden prod ducir baja tensión en n los termin nales de l carga.La la a sobreten nsión y la caída de tensión ge eneralmen nte no se deben d a f fallas en el e sistema.. Estas son causada as comúnm mente por variacione es de la c carga o por p manio obras (ope eraciones de cone exión y de esconexión n).Estas v variacione s se regisstran cuan ndo se mo onitorea el e valor RM MS de la tensión c contra el tiempo.
S conside Se era una in nterrupció ón sosteniida cuando o la ausen ncia de ten nsión se m manifiesta por un período sup perior a un n minuto. Este tipo de interru upciones f frecuentem mente son permanen ntes y requ uieren la in ntervención n del homb bre para r restablece er el sistem ma.
54
2.2.3 3.9
D Desequilib brio de ten nsiones
El de esequilibrio o de tensio ones en un sistema eléctrico ocurre o cua ando las te ensiones entre e las tres fases no son igua ales, y pue ede ser definido co omo la desviación máxxima respecto al valo or promedio o de las te ensiones de fase a fa ase, expresado en rio de tenssiones sea menor al 2% porccentaje. Se e recomienda que el desequilib d 2
El de esbalance también puede p ser definido usando u com mponentess simétrica as como la re elación de la compo onente de secuencia a cero ó la a compone ente de se ecuencia nega ativa entre e la componente de e secuenccia positiva a, expresa ada en porcentaje (figu ura 2.14).
S O D VA
ER S E R ibrio de tensiones son las cargas Las fuentes más com munes del S desequil O H mon nofásicas conectadas c Es enCcircuittos trifásicoos, los trannsformadorres conecttados en R E D de aislamiento no detectaadas en coonductoress. delta a abierto, fallas f
Figura 2.14. 2 Tende encia del desbalance de voltaje (IEEE std. 1159-1995 5)
55
2.2.3 3.10
A Armónicos s
Los armónicoss son tensiones o corrientes sinusoida ales cuya frecuencia a es un múlttiplo integra al de la fre ecuencia fu undamenta al del sistem ma (50 ó 6 60Hz).
Las señales d distorsiona adas (figurra 2.15) son s descompuestas, de acuerdo con Fourrier, en la a suma de e una componente fundamental más las componentes armó ónicas. La distorsión armónica se origina a, básicame ente, por la a caracteríística no linea al de las ca argas en lo os sistemas s de poten ncia.
S O D VA indivvidual. Es común, las magnitude m es y el áng gulo de fa ase de cad da compon nente R E S total armónicaa (THD) coomo una Eorsión R adem más, utiliza ar un criterrio denomiinado disto S O H C med dida de la d distorsión E DER El niivel de disttorsión arm mónica se describe d por el especctro total armónico a m mediante
Fiigura 2.15. Forma de onda disto orsionada p por Armónicos (IEEE std. 1159--1995)
Denttro de los efectos nocivos que e presenta an los arm mónicos, se e pueden citar los siguientes:
56
Pueden causar errores adicionales en las lecturas de los medidores de electricidad, tipo disco de inducción.
Las fuerzas electrodinámicas producidas por las corrientes instantáneas, asociadas con las diferentes corrientes armónicas, causan vibraciones y ruido acústico en transformadores, reactores y máquinas rotativas.
Son la causa de interferencias en las comunicaciones y en los circuitos de control.
Provocan la disminución del factor de potencia.
Están asociados con el calentamiento de condensadores.
Pueden provocar ferroresonancia.
Provocan calentamiento adicional debido al incremento de las pérdidas en transformadores y máquinas.
S O D VA
R
SE E R S
Al incrementarse la corriente debido a los armónicos, se aumentan el
O H C E mencionar DER la presencia
calentamiento y de las pérdidas en los conductores. Como caso específico, se puede
de mayor corriente en los neutros de los
sistemas de baja tensión.
Causan sobrecargas en transformadores, máquinas y conductores de los sistemas eléctricos.
Los armónicos de tensión pueden provocar disturbios en los sistemas electrónicos. Por ejemplo, afectan el normal desempeño de los tiristores.
La mitigación de los efectos nocivos de los armónicos puede llevarse a cabo mediante:
El monitoreo constante de los sistemas para detectar la presencia de armónicos indeseables.
La utilización de filtros para eliminar los armónicos indeseables.
57
El dimensionamiento de los transformadores, máquinas y conductores teniendo en cuenta la presencia de corrientes no sinusoidales (presencia de armónicos).
2.2.3.11
Interarmónicos
Se llaman Interarmónicos a las tensiones o corrientes con componentes de frecuencia que no son múltiplos enteros de la frecuencia a la cual trabaja el sistema.
S O D A todas las clases de Los interarmónicos se pueden encontrar en redesVde R E S E tensiones. Las principales fuentes de interarmónicos son los convertidores R S O estáticos de frecuencia, C losH cicloconvertidores, los motores asincrónicos y los E R E La mitigación de los efectos de los interarmónicos se realiza Darco. dispositivos de con base en filtros pasivos
2.2.3.12
Ruido
El ruido es una señal eléctrica indeseable con un contenido espectral inferior a 200kHz superpuesto a la tensión o a la corriente del sistema en los conductores de las fases o en los conductores neutros.
Puede ser causado por dispositivos de electrónica de potencia, circuitos de control, equipos de arco, cargas con rectificadores de estado sólido y fuentes conmutadas.
58
Una de las causas más frecuente de ruidos son los generadores de emergencia baratos de baja calidad, donde se manifiesta el efecto de las ranuras en la forma de onda del voltaje de salida.
2.2.3.13
Fluctuaciones de tensión
Las fluctuaciones de tensión son variaciones sistemáticas del envolvente de la tensión o una serie de cambios aleatorios de la tensión cuya magnitud no excede normalmente los rangos de tensión especificados por la norma ANSI C84.1 (tabla 2.2).
S O D VA
R
SE E R S
Las cargas que muestran variaciones rápidas y continuas de la magnitud de la
O H C ERE de las causas más comunes de las fluctuaciones de denominadas D flicker.Una corriente pueden causar variaciones de tensión que son frecuentemente
tensión en los sistemas de transmisión y distribución son los hornos de arco. En otros sistemas más débiles las fluctuaciones se pueden deber a la presencia de equipos de soldadura por arco y cargas similares.
La señal de flicker se define por su magnitud RMS expresada como por ciento de la tensión nominal (figura 2.16).Típicamente magnitudes tan bajas como 0,5% de la tensión del sistema pueden producir un titileo perceptible en las lámparas si la frecuencia está en el rango de 6 a 8 Hz. El flicker de tensión se mide con respecto a la sensibilidad del ojo humano.
59
Figura 2 2.16. Flicke er causado o por equip po de arco (IEEE std. 1159-1995)
2.2.3 3.14
S O D VA
V Variacione es de frecu uencia en el sistema de poten ncia
ER S E La variación v d frecuen de ncia es la a desviació f a fundame ental del S R ón de la frecuencia O H siste ema de su valor nom EinalCespeccificado (500 ó 60 Hz). R E D La frecuencia está direcctamente relacionada r a con la velocidad v d rotación de n de los gene eradores q que compo onen el sis stema. Normalmente e existen liigeras variiaciones de frrecuencia debido d a la a fluctuació ón del bala ance entre la generacción y la demanda de potencia p de e un sistem ma.
Los valores de d frecuen ncia aplica ables a sistemas de distribucción a 60 0 Hz en perío odos de 10 0 segundoss según la EN std. 50 0.160 se definen d tress regiones;
L región prohibida La p c comprendi da entre el +1% y el +2% (60,6 6 Hz y 61,2 2 Hz) en c conexione s síncrona as intercon nectadas y en cone exiones assíncronas aisladas a r respectiva mente durrante el 95% % de una ssemana o el +4% y e el +15% (6 62,4Hz y 6 Hz) durrante el 100% de una 69 a semana, donde no es posible e la explota ación;
L zona de La e operación sin interrrupciones.
60
La región donde no deben suceder daños permanentes a sus equipos que varía desde el -1% y el -2% (59,4 Hz y 58,8 Hz) en conexiones síncronas interconectadas y en conexiones asíncronas aisladas respectivamente durante el 95% de una semana o el -6% y el -15% (56,4 Hz y 51 Hz) durante el 100% de una semana ante variaciones de la magnitud que se muestra
2.2.4 Cálculo de parámetros de calidad de energía
Para comprender el cálculo de los parámetros de calidad de energía primero es necesario estudiar los siguientes términos, extraídos del manual de uso del
S O D VA
registrador de calidad de energía modelo 1745 marca Fluke, el cual es manejado mediante el software PQ Logic.
R
SE E R S
O H C ERE Dpromediación. Período de
El período de promediación puede fijarse en el software asociado al registrador. Generalmente el tiempo de duración de este periodo está comprendido en 1, 3, 5, 10 o 30 segundos, y 1, 5, 10, 15 o 60 minutos.La figura 2.17 muestra la medición de las variaciones de tensión del registrador.
Figura 2.17. Medición de las variaciones de tensión (Fluke 2006)
61
Valores min/max
El registrador detecta los valores eficaces máximo y mínimo de la tensión y el valor eficaz máximo de la corriente durante el intervalo de prueba, con una resolución mínima de 10ms. La figura 2.18 muestra los valores de registro mínimo y máximo del registrador en el intervalo de medición seleccionado.
R
SE E R S
O H C E DER
S O D VA
Figura 2.18. Valores de registro min y máx (Fluke, 2006)
Interrupciones de la tensión
El registrador detecta interrupciones de la siguiente manera:
-
Todos los valores eficaces medidos de las tensiones de entrada que son menor al 1% de la tensión nominal. Este umbral puede ajustarse en el software asociado al registrador.
-
Interrupciones con una duración mayor a 1 medio ciclo
Registra la hora de inicio y la duración de cada interrupción, como se indica en la figura 2.19 se muestra el comportamiento de una interrupción de este tipo.
62
Figura 2.19. Interrupción de tensión (Fluke, 2006)
Caídas y subidas de tensión
S O D VA
R
SE E R S
Si la tensión sobrepasa el límite superior (VN+10%) o el límite inferior (VN-10%), el
O H C E como se observa DEenRla figura 2.20 (los umbrales pueden ajustarse en el software evento se registra como una subida o una caída de la tensión, respectivamente, tal asociado al registrador).
Figura 2.20. Caída y subida de tensión (Fluke 2006)
63
Flicker
El flicker es la impresión visual de la inestabilidad en una fuente de luz cuya iluminancia o distribución espectral varía en el tiempo. El flicker se registra (vea la figura 2.21) de acuerdo con la norma IEC 61000-4-15. El flicker de corta duración (Pst) se registra en un intervalo estándar predeterminado de 10 minutos. Se utiliza la Ec. 2.1 para calcular el flicker de larga duración (Plt) tomando el promedio de 12 valores de corta duración. El valor del intervalo puede cambiarse según sea necesario en el software asociado al registrador.
S O H EC
DER
S O D A
V
ER S E R
(Ec. 2.1)
Figura 2.21. Calculo de flicker mediante intervalos (Fluke 2006)
Los parámetros de calidad de energía se calculan mediante las siguientes ecuaciones:
64
Valor verdadero eficaz de la tensión y la corriente (Ec. 2.2 y Ec. 2.3).
Vbas I bas
1 N 2 Vi N i 1
(Ec. 2.2)
1 N 2 Ii N i 1
(Ec. 2.3)
Donde, N es el número de muestras en un intervalo expresado en ms.
Valor eficaz de la tensión y la corriente por fase, y por intervalo de registro (Ec. 2.4 y Ec. 2.5).
R
SE E R V S O H C
E DER
RMS
I RMS
1 M 2 Vbasj M j 1
S O D VA
1 M 2 I basj M j 1
(Ec. 2.4)
(Ec. 2.5)
Donde, M es el número de muestras por intervalo de registro (expresado en ms).
Potencia activa de los armónicos, calculada mediante la transformada rápida de Fourier (FFT), a partir de muestras de tensión y corriente (Ec. 2.6).
Pn Vn I n cos n Vn: valor eficaz de armónicos de tensión de orden n. In: valor eficaz de armónicos de corriente de orden n. n: orden de los armónicos. φn: ángulo de fase entre los armónicos de corriente y tensión de orden n.
(Ec. 2.6)
65
Potencia activa considerando desde la fundamental hasta el armónico 50°, Ec. 2.7 (este valor varía dependiendo de la capacidad del registrador) Pbas
50
P
(Ec. 2.7)
n
n 1
Potencia activa por fase del intervalo de registro (Ec. 2.8).
1 M
P
M
P
(Ec. 2.8)
basj
j 1
Potencia activa total en las tres fases (Ec. 2.9). Ptotal
1 M
P
k
R
SE E R S
Pk: potencia activa de cada fase.
k 1
O H C E DER
k: fase (k =1, 2, 3).
S O D VA
3
(Ec. 2.9)
Valor absoluto de la potencia activa por fase y por intervalo (Ec. 2.10).
Pbetr
1 M
M
P j 1
basj
(Ec. 2.10)
Suma de los valores absolutos de la potencia activa en las tres fases (Ec. 2.11).
Pbetr _ total
1 M
M
P j 1
bas1
Pbas 2 Pbas 3
(Ec. 2.11)
Potencia aparente a partir de los valores eficaces de la tensión y la corriente (Ec. 2.12). S bas Vbas I bas
(Ec. 2.12)
66
Potencia aparente por fase y por intervalo de registro (Ec. 2.13).
S
1 M
M
S j 1
(Ec. 2.13)
basj
Potencia aparente total de todas las fases (Ec. 2.14). S total
3
1 M
S k 1
(Ec. 2.14)
k
k: número de fases (k =1, 2, 3)
Potencia de distorsión (Ec. 2.15).
Dbas S bas Pbas Qbas 2
2
S O D VA
2
R
SE E R S
O H C E DER D 1 D
(Ec. 2.15)
Potencia de distorsión por fase y por intervalo de registro (Ec. 2.16). M
M
(Ec. 2.16)
basj
j 1
Potencia de distorsión total para tres fases (Ec. 2.17). 3
Dtotal Dk
(Ec. 2.17)
k 1
Factor de potencia de distorsión por fase (Ec. 2.18).
PF
P Q S Q
(Ec. 2.18)
Factor de potencia de distorsión total en todas las fases (Ec. 2.19).
PF
total
total
P s
total
total
Q Q
total total
(Ec. 2.19)
67
Tangente φ por fase (Ec. 2.20).
tan
Q P
(Ec. 2.20)
Tangente φ total en todas las fases (Ec. 2.21).
tan
total
Q P
(Ec. 2.21)
total total
Potencia activa de la fundamental por fase (Ec. 2.22).
Ph1
bas
P
1
(Ec. 2.22)
S O D A y por intervalo (Ec. Vfase Potencia activa de la frecuencia fundamentalR por E ES R 2.23). S O H C (Ec. 2.23) E Ph1 Ph1 R E D bas
1 M
M
j 1
basj
Potencia activa total de la fundamental para tres fases (Ec. 2.24). 3
Ph1
total
Ph1k
(Ec. 2.24)
k 1
Potencia aparente de la fundamental por fase (Ec. 2.25).
Sh1
bas
V 1 I1
(Ec. 2.25)
Potencia aparente de la frecuencia fundamental por fase y por intervalo (Ec. 2.26). 1
M
Sh1 M Sh1 j 1
basj
(Ec. 2.26)
68
Factor de potencia de la fundamental por fase (Ec. 2.27).
cos
1
Ph1
total
Sh1
(Ec. 2.27)
Qh 1 Qh 1
Factor de potencia total en las tres fases (Ec. 2.28).
cos
2.2.5
1total
Ph1
total
Sh11 Sh12 Sh13
(Ec. 2.28)
Qh1 Qh1
total total
Medición de las perturbaciones
S O D VA
Pinto (2004) señala que un aspecto esencial para poder estudiar cualquier red
ER S E S EnR efecto, las mediciones son necesarias principales parámetros de la misma. O H EC para: R E D eléctrica es el de disponer de instrumentos capaces de medir y registrar los
Que el operador conozca el estado del sistema eléctrico.
Poder controlar la calidad de suministro.
Cuantificar la energía consumida.
Controlar los máximos consumos o de punta.
Conocer si ha habido interrupciones y cuando se han producido, entre otros.
La gama de instrumentos disponibles para medir los parámetros de la red va desde los clásicos indicadores de aguja, pasando por los indicadores digitales, hasta llegar a los de última generación, denominados analizadores de red, que permiten no solo medir, sino registrar datos de tensión, corriente, potencia, energía consumida, entre otros, y capturar las perturbaciones con sistemas más o menos sofisticados. La posibilidad de registrar y capturar determinado eventos es esencial para poner disponer de datos a la hora de diagnosticar un problema.
69
Las características básicas que se exigen a los analizadores de red de última generación son las siguientes:
Medición simultánea de la tensión y corriente en las tres fases y en el neutro. Esto supone la medida en 8 canales.
Frecuencia de muestreo relativamente bajas. Una velocidad de muestreo de 128 muestras por ciclo es adecuada.
Transductores para la tensión y la corriente aislados de la red, con una clase de precisión mejor que 0,2%. Un conversor analógico-digital con una resolución de 12 bits, permite obtener instrumentos clase 0,2 en tensión y
S O D VA
corriente.
Calcular los parámetros básicos de tensión y corriente.
Calcular los parámetros específicos de calidad, básicamente: variaciones de
R
SE E R S
O H C E DER
tensión, interrupciones de suministro, armónicos, factores de desequilibrio y flicker.
Registrar promedios, mínimos y máximos, y clasificaciones estadísticas de todos los parámetros de determinados intervalos de tiempo.
Capacidad de captura y registro de alta pendiente (dV/dt).
Disponer de memoria suficiente para almacenar todos los datos durante tiempos largos (1 mes se considera ideal para sistemas portátiles, aunque las necesidades de memoria son muy altas).
Todas estas exigencias, una a una son fáciles de conseguir con un instrumento equipado con un microprocesador potente, pero el hecho de conseguirlas juntas plantea
serias
dificultades
de
velocidad
de
cálculo
y
capacidad
de
almacenamiento.
La tecnología actual permite capturar datos de forma muy precisa y almacenarlos en grandes cantidades, pero el problema es que si se registran datos de todos y
70
cada uno de los ciclos de red y se almacenan, tal cantidad de información resulta excesiva y no ayuda al operador del sistema eléctrico a diagnosticar las posibles deficiencias.
Un buen analizador de red, es el que da información necesaria, de la forma más clara y compacta posible. El problema consiste en cómo compactar datos sin perder información esencial.
Es evidente entonces, que un sistema que pretenda medir y registrar la calidad de red no puede registrar la forma de onda de todos y cada uno de los ciclos, pues
S O D VA
esto supondría ocupar tal cantidad de memoria que resulta impráctico.
ER S E Para hacerse una idea basta indicar SporRejemplo que la medida de las tres fases O H de tensión, más la R tensión ECneutro-tierra (4 canales), con un instrumento digital a E D razón de 128 muestras por ciclo, en una red de 50 Hz, y suponiendo que cada muestra ocupa 2 bytes, supone tener que registrar 51.200 bytes por segundo. Evidentemente, si se pretende poder registrar la calidad durante períodos largos, digamos de un día o una semana, como suele ser habitual, hay que buscar una forma de comprimir estos datos.
A pesar de ello, para diagnosticar determinados elementos haría falta detectar detalles a nivel de sitio y poder medir simultáneamente las corrientes de las tres fases más el neutro, es decir 4 canales más. Todo ello origina un problema de cómo compactar datos y al mismo tiempo poder recuperar detalles o comportamientos singulares, fuera de tolerancias.
71
2.2.5.1
Instrumentos
Hay cuatro tipos de herramientas de medida que se pueden encontrar hoy en día en el mercado, y se pueden dividir en dos grupos:
Instrumentos que basan su medida en el cálculo del valor medio: multímetros y pinzas amperimétricas de valor medio.
Instrumentos que calculan el valor eficaz verdadero (True RMS = TRMS) de la señal (figura 2.22): multímetros y pinzas amperimétricas de valor eficaz verdadero, equipos de visualización de forma de onda de la señal y equipos
S O D VA
de medida y análisis de armónicos, y otros parámetros relacionados con la
R
SE E R S
calidad de la señal.
O H C E DER
Figura 2.22. Instrumento de cálculo de TRMS y calidad eléctrica Fluke 345 (Fluke)
Básicamente son cuatro tipos de equipos y, dependiendo del fabricante, hay incluso equipos que integran en una sola herramienta un multímetro, un osciloscopio y un medidor de armónicos, lo que es importante al realizar inversiones efectivas.
72
O sea, los tipos de instrumentos habitualmente empleados son varios:
Multímetros.
Osciloscopios.
Perturbógrafos o analizadores de perturbaciones.
Analizadores de espectro y analizadores de armónicas.
Instrumentos combinados para análisis de perturbaciones y armónicas.
Los instrumentos térmicos de verdadero valor eficaz (TRMS) miden el calor producido por una resistencia. El inconveniente en su uso es que demora mucho
S O D pueden medir verdaderos valores eficaces, peroRtienen VA el inconveniente de E S también ser lentos y no ser sencillos. RE S O H C ERE D Los instrumentos electrónicos utilizan microprocesadores para medir los
tiempo en alcanzar el valor a medir. Con instrumentos analógicos también se
verdaderos valores eficaces. Para ello, a la señal de entrada la muestrean a muy alta velocidad que puede llegar a ser 100 veces la mayor frecuencia armónica.
Frecuencia de Nyquist: es la frecuencia de muestreo (fmuestreo) mínima necesaria para la representación exacta de una señal, debe ser mayor al doble de la componente de más alta frecuencia (fmáxima), como lo indica la Ec. 2.29.
2
á
(Ec. 2.29)
73
2.2.5.2
Ancho de banda
Como se ha mencionado al tratar los instrumentos de valor medio y TRMS, los medidores no sirven para tratar con cualquier frecuencia y tienen un determinado ancho de banda, o sea el rango de frecuencias de la señal para las cuáles son capaces de realizar medidas confiables. Las respuestas en frecuencia de los medidores se muestran en la figura 2.23, donde se aprecia el comportamiento de la ganancia y el espectro armónico.
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Figura 2.23. Curva de respuesta de un medidor y espectro armónico de una señal deformada (Pinto, 2004)
El ancho de banda de un medidor es el rango que un medidor puede aceptar, desde la más baja, que puede ser corriente continua, hasta la frecuencia de corte, que es aquella en la que la atenuación de la señal de tensión o corriente es del 30%.
74
Si un instrumento TRMS tuviera un ancho de banda de 50 Hz, sería similar a uno de valor medio, porque atenuaría las componentes armónicas. Por este motivo, este parámetro es muy importante en el momento de elegir un medidor.
En el espectro armónico de la señal mostrada en la figura 2.23, el medidor tiene una frecuencia de corte menor a 400 Hz, lo que significa que las componentes armónicas superiores al orden 7 serían fuertemente atenuadas o no pasarían.
En la actualidad, para realizar mediciones confiables en todo tipo de instalaciones con cargas no lineales, los instrumentos deben poder medir por lo menos hasta las
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armónicas de orden 20, o sea hasta 1 kHz.
2.2.5.3
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Osciloscopios – TRMS
Los osciloscopios se desarrollaron originalmente como sistemas para graficar mediante un tubo de rayos catódicos, los que muestran en una pantalla la forma de onda de una señal permitiendo medir sus parámetros característicos. Por ser voluminosos, pesados y alimentados con BT su uso estaba limitado a lugares fijos.
Pero desde hace unos años se han desarrollado osciloscopios portátiles, e inclusive de mano, fáciles de usar y alimentados a batería. Estos aparatos tienen muchas prestaciones y son herramientas útiles para realizar análisis temporal de señales, con anchos de banda que permiten detectar fenómenos repetitivos rápidos y fenómenos transitorios, además de realizar todas las mediciones de los multímetros y de almacenar los valores medidos como registradores.
75
Por ejemplo, el analizador portátil Fluke 437 (figura 2.24) puede realizar las siguientes mediciones y registros: valores eficaces y de pico de tensión y corriente; tensión y corriente simultáneamente, resistencia, temperatura, potencias monofásicas y trifásicas, armónicas de tensión y de corriente hasta de orden 50, factor K en transformadores, factor de potencia, corriente de arranque de motores.
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Figura 2.24. Analizador portátil Fluke 437 (Fluke)
Permite además: visualizar las ondas de consumo de corriente o de tensión de las cargas; comprobar desequilibrios de tensión y desequilibrios de corriente, realizar pruebas de continuidad, localizar averías en los sistemas eléctricos, detectar transitorios, hacer el seguimiento de las fluctuaciones rápidas de tensión, guardar e imprimir pantallas, generar informes, registrar armónicos a lo largo del tiempo, entre otros.
La información que estos equipos son capaces de presentar son múltiples, pero así también sus precios son muy superiores a los de un simple multímetro.
76
2.2.5.4.
Hay
Medidores de componentes armónicas
instrumentos
para
mediciones
específicas
de
distintos
tipos
de
perturbaciones, como lo son, los medidores de armónicos. En general, los medidores de componentes armónicas miden todos los parámetros relacionados con los armónicos, como el orden, la frecuencia, el valor eficaz de cada armónico y la THD. En la figura 2.25 se muestra un dispositivo para panel (96x96 mm) con una pantalla que permite visualizar hasta 8 parámetros eléctricos a la vez, incluyendo armónicos, y en todo momento el porcentaje de carga por fase. En particular permite observar la THD.
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Figura 2.25. Medidor de panel modelo ION PM500 (Schneider Electric)
2.2.5.5.
Flickérmetro
Las fluctuaciones de tensión se pueden analizar (figura 2.26) con un aparato de medida denominado Flickérmetro, desarrollado por la UIE (Unión Internacional de Electrónica); el cual es un analizador de amplitud, con la frecuencia de la red como frecuencia portadora, con filtros pasa banda y emulaciones de la característica de respuesta del conjunto lámpara-ojo-cerebro
77
Figura 2.26. Fluctuaciones rápidas de tensión analizadas en pantalla (Pinto, 2004)
La norma IEC 868 describe las especificaciones funcionales de este aparato que son las siguientes (figura 2.27):
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R
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Adaptación de la tensión de entrada (bloque 1)
Simulación de la respuesta lámpara-ojo-cerebro o cálculo del flicker
O H C EREa la salida del bloque 4) instantáneo D(tensión
Cálculo de la dosis de flicker (salida 4)
Opcionalmente, valoración estadística del nivel de flicker; cálculo de la función de probabilidad acumulada, Pst y Plt (bloque 5)
Figura 2.27. Diagrama de bloques de Flickérmetro (Pinto, 2004)
78
Los flickérmetros suministran un gran número de parámetros de medidas o de análisis: valor eficaz de la señal, sensación de flicker instantáneo, dosis de flicker por minutos, análisis estadístico, cálculo de la función de probabilidad acumulada, cálculo de los valores Pst y Plt (niveles de severidad del flicker de corta y larga duración), entre otros.
2.2.5.6.
Medición y evaluación del Flicker
Este problema depende, fundamentalmente, del grado de irritación que afecta a las personas cuando se producen variaciones de la intensidad luminosa de las
S O D VA
lámparas incandescentes sometidas a fluctuaciones bruscas de la tensión de la
R
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red. Depende de la operación de los consumidores y del nivel de corto circuito de la red.
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Los dispositivos desarrollados en distintas partes del mundo detectan las fluctuaciones de tensión, en frecuencias de 0,5 a 30 Hz, y calculan un promedio ponderado de las fluctuaciones dando una evaluación de flicker que puede ser molesta. Hay distintos métodos para realizar la medición de flicker (figura 2.28):
Medidas comparativas con perturbaciones activas y pasivas. En este caso se emplea la ley no lineal de suma de flicker.
El análisis de correlación (perturbaciones activas y reactivas de la potencia).
Diferencial, es la medición de dos puntos diferentes de la fuente de perturbación.
79
Figura 2.28. Medición del Flicker (Pinto, 2004)
En la siguiente expresión matemática (Ec. 2.32) se muestra la variación del
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voltaje:
d t
Donde,
V
E DER V
S
R
ESE Ψ ΦS R CHO
S
(Ec. 2.32)
d(t): cambio relativo de tensión ΔS(t): cambio de potencia de la carga Scc(t): Potencia de cortocircuito Ψ: ángulo de Scc Φ: ángulo del cambio de carga
2.2.5.7.
Grado de irritación del flicker
El grado de irritación del flicker sobre las personas depende fundamentalmente de los siguientes parámetros:
80
La forma de fluctuación de la tensión: si es un escalón, una rampa, un pulso. También influye si es solo un evento, si es periódico o aleatorio. Las variaciones lentas de tensión perturban menos.
Tipos de lámparas:
o Las incandescentes: posee una razón de luminosidad relativa contra la variación relativa de tensión, con una ganancia de 3 a 4 y con constantes de tiempo entre 15 y 40 ms, dependiendo de la inercia térmica del filamento.
S O D instantáneamente su luminosidad; son poco sensibles VA a los cambios lentos, R E ES asciende su sensibilidad. pero en las altas frecuencias de fluctuación R S O H C ERE D El ojo humano y la reacción cerebral: la máxima está alrededor de 8,8 Hz.
o Las fluorescentes: se comportan completamente diferentes; cambian
Período de integración 300 ms. El rango de importancia está entre 0,5 y 30 Hz.
En la figura 2.29 se muestra el diagrama de bloques del flickérmetro (basado en IEC 868-86/90).
Figura 2.29. Bloques para medición de Flicker según IEC 868 (Pinto, 2004)
81
2.2.5.8.
Medición de la calidad del servicio
Actualmente la calidad de servicio suministrado por las empresas distribuidoras es controlada por los siguientes aspectos:
Calidad de servicio técnico: frecuencia y duración total de interrupciones.
Calidad de producto técnico: nivel de tensión y perturbaciones.
Calidad de servicio comercial: tiempo de respuesta para conectar nuevos usuarios, emisión de facturas estimada, reclamos por errores de facturación, restablecimiento del suministro suspendido por falta de pago.
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Las mediciones y los elementos que se utilizan para realizar estos controles están expresados en la tabla 2.3.
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O H C E2.3 Medición de la calidad del servicio Tabla DER Parámetros Calidad del servicio técnico
Frecuencia de la interrupción duración de la interrupción Niveles
Calidad de producto técnico
Calidad de servicio comercial
Perturbaciones
Cantidad de cortes
Elementos Libro de guardia
Cortes > 3 minutos Tención, corriente, potencia, energía, etc. Huecos Cortes Sobretensiones Fluctuaciones Distorsión armónica Incumplimientos
Analizadores de red
Analizador de Flickers Medidor de Armónicos Registros Administrativos
(Pinto, 2004)
2.2.6. Consideraciones para el monitoreo
Antes de emprender cualquier esfuerzo de monitoreo de calidad de energía, se debe definir claramente los objetivos del monitoreo. Los objetivos del monitoreo a
82
menudo determinan la elección de los equipos de supervisión, los límites de referencia, los procedimientos para la adquisición y almacenamiento de datos, y los requerimientos para análisis e interpretación de los mismos. Algunos de estos objetivos se resumen seguidamente.
Monitoreo para caracterizar el comportamiento del sistema.
Este es el requisito más general. Un productor de energía puede encontrar importante este objetivo si tiene la necesidad de comprender el comportamiento de su sistema eléctrico, y luego asociar ese comportamiento con las necesidades de los usuarios.
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ER S E La caracterización del sistema esS un R enfoque proactivo para el monitoreo de O H calidad de energía. R Entendiendo EC el normal desempeño de calidad de energía de E D un sistema, el proveedor puede identificar rápidamente los problemas y puede ofrecer información a sus usuarios para ayudarles a relacionar las características de sus equipos sensibles con características reales de la calidad de potencia.
Monitoreo de caracterizar problemas específicos.
Muchos departamentos de servicios de calidad de energía o los administradores de plantas de generación resuelven problemas mediante la realización de monitoreo de corto tiempo en las instalaciones de los clientes y en puntos de la red de distribución donde existan cargas grandes. Este es un modo reactivo de monitoreo de calidad de energía, pero con frecuencia identifica la causa de la incompatibilidad del equipo, que es el primer paso para una solución.
83
Monitoreo en el marco del mejoramiento de la calidad de servicio
Muchos proveedores de energía eléctrica actualmente están considerando ofrecer servicios adicionales a los clientes. Uno de estos servicios sería ofrecer niveles diferenciados de calidad de energía para que coincida con las necesidades de clientes específicos. Un proveedor y el cliente juntos pueden lograr esta meta, mediante la modificación del sistema de alimentación o mediante la instalación de equipos en las instalaciones del cliente. En cualquier caso, la supervisión se convierte en esencial para establecer los puntos de referencia para los servicios diferenciados y verificar que la compañía suplidora de electricidad alcanza los niveles contratados de calidad de energía.
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Supervisión como parte de mantenimiento predictivo.
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Datos de mediciones de calidad de energía reunidos en el tiempo pueden ser analizados para proporcionar información relacionada con el comportamiento de equipos específicos. Por ejemplo, un arco repetitivo de un cable subterráneo puede significar la falla inminente del cable, o el reencendido repetitivo por desconexión de condensadores puede representar la falla definitiva del interruptor del condensador. El mantenimiento del equipo se puede realizar con rapidez para evitar una falla catastrófica, evitando así grandes perturbaciones de calidad de energía que en última instancia afectan al rendimiento total del sistema eléctrico.El programa de monitoreo debe ser diseñado basado en los objetivos adecuados, y debe hacer que la información esté disponible en una forma conveniente y en el momento oportuno (es decir, inmediatamente). El monitoreo más completo será enfocado a la un sistema de supervisión de instalación permanente con recolección automática de información acerca de las condiciones de calidad de energía en estado estacionario y el uso de energía, así como las perturbaciones.
84
2.2.6.1
Determinar qué monitorear
La calidad de energía abarca una amplia variedad de condiciones en el sistema de alimentación. Las perturbaciones importantes pueden ir desde los impulsos de muy alta frecuencia causadas por descargas atmosféricas o interrupción de corriente durante las aperturas del circuito, a las sobretensiones de larga duración causadas por un problema de maniobra en los taps de un regulador de voltaje. La gama de condiciones que deben ser caracterizadas crea desafíos tanto en términos de las especificaciones de funcionamiento del equipo de monitoreo así como en los requisitos de recopilación de datos. Los métodos para la caracterización de la calidad de la alimentación de corriente alterna son importantes para los requisitos de seguimiento.
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O H C E de alta frecuencia DEdeRla forma de onda real. Los huecos de tensión pueden ser
Por ejemplo, la caracterización de la mayoría de los transitorios requiere muestreo caracterizados mediante la representación de la forma de onda de la tensión en función del tiempo. Las interrupciones se pueden definir simplemente por su duración. El monitoreo para caracterizar los niveles de distorsión armónica y variaciones normales de tensión requiere el muestreo de estado estacionario con resultados de análisis de tendencias en el tiempo. El monitoreo extenso de los diferentes tipos de variaciones de calidad de energía en muchos lugares puede ser bastante costoso en términos de hardware, gastos de comunicaciones, gestión de datos, y la preparación de informes. Por lo tanto, las prioridades de monitoreo deberán ser determinadas en base a los objetivos de la iniciativa. Los proyectos para referir el comportamiento de un sistema deberían incluir un esfuerzo de monitoreo razonablemente completo. Los proyectos diseñados para evaluar el cumplimiento de la norma IEEE std. 519-1992 en cuanto a los niveles de distorsión armónica pueden solamente exigir el monitoreo de estado estacionario de los niveles de armónicos. Los proyectos enfocados en los problemas industriales
85
específicos pueden solamente exigir el seguimiento de variaciones RMS, como los huecos de tensión.
2.2.6.2
Selección de ubicaciones de monitorización
Obviamente, sería ideal supervisar las condiciones en prácticamente todos los lugares de todo el sistema para entender completamente la calidad de la energía. Sin embargo, dicho monitoreo puede ser prohibitivamente costoso y existen desafíos en la gestión de datos, análisis e interpretación. Afortunadamente, no es necesario tomar mediciones de todas las ubicaciones posibles, ya que las
S O D VA
mediciones tomadas de varias ubicaciones estratégicas se pueden utilizar para
R
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determinar las características de la totalidad del sistema. Por lo tanto, es muy
O H C E en base a los objetivos DER del seguimiento.
importante que las ubicaciones de los medidores se seleccionen cuidadosamente
La experiencia de monitoreo adquirida en el proyecto del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI DPQ) proporciona un excelente ejemplo de cómo elegir las ubicaciones de monitorización. El objetivo principal del proyecto DPQ fue caracterizar la calidad de energía en los alimentadores de distribución de servicios públicos de electricidad de Estados Unidos.
El monitoreo comenzó en junio de 1992 y culminó en septiembre de 1995. Veinticuatro diferentes empresas participaron en el esfuerzo de recopilación de datos con casi 300 puntos de medición. El proyecto para el monitoreo fue diseñado para proporcionar un conjunto de datos estadísticamente válidos de los diversos fenómenos relacionados con la calidad de la energía.
86
Dado que el objetivo principal fue caracterizar la calidad de energía en los alimentadores primarios de distribución, el seguimiento se realizó en los circuitos de alimentación de esa época. Un monitor se instaló cerca de la subestación, y dos fueron instalados en ubicaciones escogidas al azar (figura 2.30).
Al elegir al azar los sitios remotos, los resultados generales del proyecto son representativos de la calidad de energía de los alimentadores primarios, pero puede que no sean realistas, porque se están asumiendo en base a tres ubicaciones seleccionadas que caracterizan completamente la calidad de energía en los alimentadores individuales involucrados.
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O H C E DER
S O D VA
Figura 2.30. Esquema típico de monitoreo en un alimentador de distribución (Dugan, McGranaghan, Santoso y Beaty, 2004)
87
Cuando un proyecto de monitoreo consiste en la caracterización de los problemas específicos de calidad de energía que están siendo experimentados por los clientes en el sistema de distribución, los lugares de monitoreo deben ser puntos en la acometida del usuario, ya que incluye el efecto de los transformadores reductores que lo alimentan. Los datos recolectados en la entrada del servicio también pueden caracterizar las variaciones de la corriente de carga y los niveles de distorsión armónica del usuario. El monitoreo en la acometida del usuario tiene la ventaja adicional de traducirse en reducción de costos. Además, proporciona indicaciones sobre el origen de los disturbios, es decir, en la instalación dela empresa proveedora del servicio, o en la del usuario después del medidor.
S O D VA los monitores lo más problemas específicos de calidad de energía es R localizar E ES R cerca posible de los equipos afectados por las perturbaciones. Es importante que S O H C el monitor registre las mismas variaciones que afectan al equipo. Los transitorios E R E D de alta frecuencia, en particular, pueden ser significativamente diferentes si hay Otro aspecto importante de la ubicación de monitoreo al caracterizar los
una gran separación entre el medidor y el equipo afectado.
Una buena solución es monitorear en la subestación y en los puntos de entrada de servicio del usuario seleccionado. La subestación es importante porque es el punto común de conexión (PCC) para la mayoría de las variaciones de tensión. El hueco de tensión originado en la subestación durante una falla en un alimentador es experimentado por todos los usuarios de otros alimentadores servidos desde la misma barra de la subestación.
La sensibilidad del equipo del usuario y la ubicación en el alimentador, en conjunto, determinan que las acometidas son los lugares para la supervisión. Por ejemplo, es de gran valor tener lugares para el monitoreo inmediatamente aguas abajo de cada dispositivo de protección en el alimentador.
88
La figura 2.31 ilustra el concepto de un sistema de supervisión basado en el seguimiento en las subestaciones y en las instalaciones de los usuarios. También ilustra cómo el Internet puede ser utilizado para proporcionar acceso a la información para todas las partes interesadas.
R
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O H C E DER
S O D VA
Figura 2.31. Concepto de monitoreo en subestación y clientes (Dugan et. al, 2004)
2.2.6.3
Opciones para el equipo de monitoreo permanente de calidad de
potencia
Los sistemas de monitoreo permanentes de calidad de energía, tales como el sistema ilustrado en la figura 2.31 deberían tomar ventaja de la amplia variedad de equipos que tienen la capacidad de almacenar la información de calidad de energía. Algunas de las categorías de los equipos que pueden ser incorporados en un sistema de supervisión completo se describen a continuación:
89
Registradores de fallas digitales (DFR): Estos pueden ya estar en muchas subestaciones. Los fabricantes de DFR no diseñan los dispositivos específicamente para el monitoreo de calidad de energía, sin embargo, un DFR normalmente opera durante fallas, y registra las formas de onda de voltaje y corriente que caracterizan el evento. Esto los hace valiosos para la caracterizar disturbios RMS, tales como los huecos de tensión durante las fallas del sistema de potencia. Estos equipos además ofrecen la captura de forma de onda periódica para calcular los niveles de distorsión armónica.
Relés y otros dispositivos electrónicos inteligentes (IED): existen muchos
S O D VA
tipos de equipos en las subestaciones pueden tener la capacidad de ser un IED con capacidad de monitoreo. Los fabricantes de dispositivos tal como
R
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relés y reconectadores, que supervisan la corriente en alguna dirección, están
O H C E información E DparaRun controlador general del sistema de monitoreo. Estos agregando la capacidad para registrar perturbaciones y tener disponible la
dispositivos pueden estar situados en los circuitos alimentadores, así como también en la subestación.
Registradores de tensión: los proveedores de energía utilizan una variedad de registradores de voltaje para monitorear las variaciones de voltaje de estado estable en los sistemas de distribución. Nos estamos encontrando modelos cada vez más sofisticados plenamente capaces de caracterizar los huecos de tensión momentáneos e incluso los niveles de distorsión armónica. Típicamente, un registrador de tensión proporciona una tendencia que da el valor máximo, mínimo, y promedio de la tensión dentro de un rango de muestreo especifico (por ejemplo, 2 segundos). Con este tipo de muestreo, el registrador puede caracterizar adecuadamente la magnitud de un hueco de tensión, sin embargo, no proporcionará la duración con una resolución menor a 2 segundos.
90
Medidores de potencia dentro de la planta: ahora es común para los sistemas de supervisión de las instalaciones industriales tener algunas capacidades de calidad de energía. Estos monitores, particularmente los situados en la entrada del servicio, pueden ser utilizados como parte de un programa de seguimiento de la empresa de suministro eléctrico. Estas capacidades generalmente incluyen la captura de forma de onda para la evaluación de los niveles de distorsión armónica, las variaciones de los perfiles de tensión RMS en estado estacionario, y la operación de capturas de forma de ondas para condiciones de huecos de tensión. No es común que esos instrumentos tengan capacidades de monitoreo de transitorios.
S O D VA
Monitores de calidad de energía para usos especiales: el instrumento de monitoreo
desarrollado
REPRI
SE E R S
para
el
O H C E energía. DEREste instrumento
proyecto
DPQ
fue
diseñado
específicamente para medir el rango completo de las variaciones de calidad de la
monitorea características de tensión y
corriente en las tres fases más el neutro. Una tarjeta analógica a digital (A/D) de 14 bits proporciona un rango de muestreo de 256 muestras por ciclo de tensión y 128 muestras por ciclo de corriente. Esta alta tasa de muestreo permitió la detección de armónicos de tensión hasta los de orden 100 y en armónicos de corriente hasta los de orden 50. La mayoría de los instrumentos de calidad de energía pueden grabar tanto datos muestreados como los obtenidos a partir de ellos. El procesamiento de los datos debe basarse en umbrales RMS para variaciones de tensión RMS y en la forma de onda para las variaciones transitorias. El monitoreo simultáneo de tensión y corriente con procesamiento en todos los canales durante una perturbación es una capacidad importante para esos instrumentos. Los monitores de calidad de energía han demostrado ser adecuados para las subestaciones, en ubicaciones sobre el alimentador, y los lugares de entrada de servicio al usuario.
91
Medidores de facturación: estos medidores de todas maneras monitorean el voltaje y la corriente, por lo que parece lógico ofrecer alternativas para el monitoreo más avanzado, que podría incluir el almacenamiento de la información de calidad de energía. Virtualmente todos los fabricantes de medidores de facturación se están moviendo en esta dirección, y la información de estos medidores puede ser incorporada en un sistema global de monitoreo de calidad de energía.
2.2.6.4
Conexiones del monitor de perturbaciones
S O D VA
La práctica recomendada es proporcionar la potencia de entrada al monitor desde
R
SE E R S
un circuito distinto al circuito a ser monitoreado. Algunos fabricantes incluyen filtros
O H C REde perturbación si el monitor se alimenta desde el mismo pueden alterar los DEdatos de entrada y/o supresores de sobretensión en sus fuentes de alimentación que circuito que se está supervisando.
La puesta a tierra del monitor de perturbación de energía es una consideración importante. El monitor tendrá una conexión a tierra para la señal que va a supervisar y una conexión a tierra para la fuente de alimentación del instrumento, ambas conectadas a la carcasa del instrumento. Por razones de seguridad, estos dos terminales de tierra deben estar conectados al sistema de puesta a tierra de la instalación, sin embargo, esto tiene el potencial de crear lazos de tierra en los diferentes circuitos involucrados.
La seguridad es lo primero, por lo tanto, ambas conexiones a tierra deben realizarse cada vez que exista una duda acerca de qué hacer. Si los lazos de tierra pueden ser un problema significativo de tal manera que las corrientes transitorias puedan dañar los instrumentos o invalidar las mediciones, puede ser
92
posible alimentar el instrumento desde la misma línea que se está supervisando (comprobar que no hay ningún condicionamiento para la señal en la fuente de alimentación). Alternativamente, puede ser posible conectar sólo una tierra (señal a ser monitoreada) y colocar el instrumento en una superficie recubierta con material aislante. Las prácticas de seguridad adecuadas, tales como el uso de guantes aislantes cuando se utilice el instrumento deben ser empleadas, si es posible que el instrumento eleve el potencial con respecto a otros aparatos y referencias de tierra con las que el operador pueda entrar en contacto.
2.2.6.5
Ajuste de umbrales de monitor
S O D VA
R
SE E R S
Los monitores de perturbaciones están diseñados para detectar condiciones que
O H C E pueden ser consideradas DER normales. Algunos monitores tienen preseleccionado son anormales. Por lo tanto, es necesario definir la gama de condiciones que umbrales (configurados por defecto) que se pueden utilizar como punto de partida.
El mejor enfoque para la selección de los umbrales es relacionarlos con las especificaciones del equipo que es afectado. Esto no siempre es posible debido a la falta de especificaciones o directrices de aplicación. Un enfoque alternativo es establecer los umbrales en un margen bastante estrecho para un período de tiempo (recoger una gran cantidad de datos de la perturbación) y luego utilizar los datos recogidos para seleccionar los umbrales adecuados para el seguimiento de mayor duración.
Algunos sistemas de monitoreo tienen la ventaja de no poseer configurado ni umbrales ni ajustes. Por supuesto, tiene que haber límites, porque no hay un monitor (hasta ahora) que tenga suficiente capacidad de almacenamiento para guardar cada ciclo de las tensiones y corrientes que se están monitoreando. Los umbrales en estos casos son esencialmente fijados en los instrumentos, y los
93
algoritmos se pueden ajustar internamente en base a los disturbios registrados. Este tipo de sistema es conveniente para el usuario ya que la configuración es simple, pero todavía es un compromiso ya que pierde la capacidad de cambiar los umbrales basados en las circunstancias específicas de un lugar determinado.
2.2.6.6
Cantidades y duraciones de la medición
A veces, cuando se caracterizan las perturbaciones del sistema, es suficiente con controlar sólo las señales de tensión. Por ejemplo, los voltajes proporcionan información acerca de la calidad de la energía que es entregada a una instalación
S O D VA
con lo que se pueden caracterizar los transitorios y huecos de tensión que afectan
R
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a los equipos de los usuarios. Sin embargo, hay una enorme cantidad de
O H C E determinar la causa, DERy si ha ocurrido algún daño en el equipo. Además, las
información en las corrientes asociadas a estos trastornos que pueden ayudar a mediciones de corrientes son requeridas si los armónicos son una preocupación ya que las corrientes caracterizan la inyección de armónicos del usuario hacia el sistema de potencia.
Las mediciones de corriente se utilizan para caracterizar la generación de armónicos por las cargas no lineales en el sistema. Las mediciones de corriente en cargas individuales son valiosas para determinar esas características de generación de armónicos. Las mediciones de corriente en los circuitos de alimentación o en la entrada de servicio caracterizan a un grupo de cargas o una instalación completa como una fuente de armónicos. Las mediciones de corriente en el sistema de distribución se pueden usar para caracterizar los grupos de usuarios en todo el alimentador.
94
Las medidas de tensión ayudan a caracterizar la respuesta del sistema a las corrientes armónicas generadas. Condiciones de resonancia estarán identificadas con alta distorsión armónica de tensión a frecuencias específicas. Con el fin de determinar las características de respuesta de frecuencia del sistema a partir de mediciones, las tensiones y corrientes deben ser medidas de forma simultánea. Con el fin de medir los flujos de potencia de armónicos, deben tomarse muestras en las tres fases de forma simultánea.
La duración de la supervisión depende de los objetivos del monitoreo. Por ejemplo, si el objetivo es resolver los problemas que son causados por huecos de tensión durante fallas lejanas en el sistema del proveedor de servicio, el monitoreo
S O D VA
puede ser requerido por un período significativo de tiempo debido a que las fallas
R
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del sistema son probablemente ocasionales. Si el problema está relacionado con
O H C E durante un período comprendido en un par de días. Los problemas de distorsión DER
la conmutación de condensadores, puede ser posible caracterizar las condiciones de armónicos y flicker deben ser caracterizados en un período de al menos 1 semana para obtener una imagen de cómo los cambios en la carga y cómo las variaciones del sistema pueden afectar a estos niveles.
La duración del monitoreo se está convirtiendo en un problema menor ya que la tendencia general es utilizar sistemas de monitoreo de calidad de energía permanentes, aprovechando la gran variedad de equipos que pueden proporcionar información, ya que son integrantes del sistema de monitoreo.
2.2.6.7
Encontrando la fuente de una perturbación
El primer paso para identificar la fuente de una perturbación es correlacionar la forma de onda de perturbación con posibles causas. Una vez que la categoría de
95
la causa se ha determinado (por ejemplo, el cambio de la carga, la conexión de capacitores, condición de falla lejana, la operación del reconectador), la identificación se hace más sencilla. Las siguientes pautas generales pueden ayudar en esta labor.
Las variaciones de voltaje de alta frecuencia serán limitadas a los alrededores de la fuente de la perturbación. El cableado de bajo voltaje (menor o igual a 600V) a menudo amortigua rápidamente las componentes de alta frecuencia debido a la resistencia del circuito, por lo que esas componentes de frecuencia sólo aparecerán cuando el monitor está situado cerca de la fuente de la perturbación.
S O D VA
Las interrupciones de energía cerca del lugar de monitoreo causarán un
R
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cambio muy brusco de la tensión. Las interrupciones de energía lejanas de la
O H C E energía almacenada DER en los equipos rotativos y los condensadores.
ubicación del monitoreo se traducirán en la disminución del voltaje debido a la
Los más altos niveles de distorsión armónica de tensión se producirán cerca de condensadores que estén causando problemas de resonancia. En estos casos, una sola frecuencia normalmente dominará el espectro del armónico de tensión.
2.2.7 Técnicas de registro
Para conocer realmente la calidad eléctrica, lo ideal sería que se observase cada ciclo de la alimentación para ver incluso los cambios más leves. No obstante, puesto que la energía eléctrica pasa por más de cuatro millones de ciclos al día, no resulta práctico y, a menudo es innecesario, observar cambios pequeños. Incluso pocas cargas experimentan fluctuaciones de tensión ocasionales de uno o dos ciclos.
96
El tiempo de duración del registro está en función del ritmo de su instalación. Si está trabajando en una típica instalación comercial o de una pequeña industria, una semana es más que suficiente para que dichas instalaciones pasen por su ciclo normal. Si está trabajando en instalaciones en las que funcionan equipos especiales
periódicamente
(por
ejemplo,
un
horno
que
sólo
funciona
mensualmente), deberá ser consciente de la energización de estas cargas.
Se han desarrollado distintas técnicas de registro para observar cambios pequeños a lo largo de periodos de tiempo relativamente grandes. Muchos instrumentos combinan varias técnicas para mejorar su cobertura. Las técnicas comunes son las siguientes:
2.2.7.1
R
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O H C E DER
S O D VA
Técnicas para el seguimiento de tendencias
Se utilizan parámetros de calidad eléctrica para el seguimiento de tendencias a lo largo de horas o días. Los registradores miden parámetros como la tensión, la corriente o la energía y los registran a lo largo del tiempo. El registro de tendencias es perfecto para realizar un seguimiento de la potencia eléctrica, cambios sutiles y condiciones excepcionales, pero puede que su capacidad para recoger eventos rápidos esté limitada. Sin embargo, los fabricantes de instrumentos han ideado formas creativas de mostrar los eventos más rápidos, permitiendo al mismo tiempo, registrar periodos de semanas o incluso meses.
2.2.7.2
Registro de intervalo fijo
Esta es la forma más simple de registro digital. Para configurarlo, deberá elegirse un periodo de tiempo o intervalo entre lecturas, normalmente en segundos o
97
minutos. El instrumento calcula el promedio de los valores eficaces RMS en cada intervalo y los registra en su memoria. Esta técnica es útil para realizar un seguimiento de los cambios que duren más tiempo que el intervalo de registro. Desafortunadamente, un intervalo de medida muy corto recogerá efectivamente eventos más rápidos, pero también consumirá más rápidamente la memoria. Por eso, a pesar de que el registro con un intervalo fijo es fácil de configurar, no podrá capturar eventos rápidos a lo largo de horas o días.
2.2.7.3
Registro de valores máximo, mínimo y promedio
S O D VA
Esta técnica es similar a la del registro de intervalo fijo, puesto que utiliza un
R
SE E R S
intervalo preestablecido. Sin embargo, en vez de tomar una lectura por intervalo,
O H C RE analizan estas mediciones y registran tres valores, procesadores delE D instrumento el instrumento toma varias mediciones en cada intervalo a gran velocidad. Los
un mínimo, un máximo y un promedio para cada intervalo. Los valores mínimo y máximo señalan las mediciones más desfavorables, eventos de corta duración; en algunos instrumentos son tan breves como un ciclo de alimentación. El valor promedio
muestra
la
tendencia
general.
Estos
instrumentos
mostrarán
frecuentemente los valores máximo, mínimo y promedio en el mismo gráfico.
2.2.7.4
Compresión automática del tiempo, TrendPlot
TrendPlot es una técnica, se trata de una forma de registro de valores mínimos, máximos y promedio en la que el tiempo se comprime automáticamente cuando el gráfico de tendencia llegue al final del uso de la memoria. Cuando el registrador empieza
a
quedarse
sin memoria,
los
procesadores
de
señal
actúan
inmediatamente. Los procesadores combinan los intervalos de registro adyacentes
98
en unos nuevos valores mínimos, máximos y promedio. De este modo, aún pueden observarse las mediciones más desfavorables y la tendencia general. Y, como se puede decidir cuándo detener el proceso de medida, siempre se consigue automáticamente la mejor resolución de tiempo posible con la capacidad de memoria disponible.
2.2.7.5
Registro de eventos
Los huecos, sobretensiones, interrupciones y transitorios son eventos de tensión. Los eventos de la calidad eléctrica se caracterizan por la hora y la fecha en la que
S O D VA
tienen lugar, la severidad y la duración. Los disparos o umbrales definidos por el
R
SE E R S
usuario determinan lo que se califica como un evento. El registro de eventos es
O H C ejemplo, ± 10%. ERE D
perfecto para garantizar que la tensión permanece dentro de tolerancias de por
Los datos se presentan normalmente en forma de lista, facilitando la visualización de todas las condiciones extraordinarias del sistema eléctrico. El que un evento provoque problemas o no, depende de su severidad y duración. Por ejemplo, un hueco del 20% que dure 5 segundos es más probable que cause problemas que un hueco del 20% que dure 1 ciclo de la alimentación.
La necesidad de especificar varios límites puede hacer que el registro de eventos sea difícil de configurar. Si se ajustan las tolerancias con un margen de error demasiado estrecho, capturará infinidad de eventos y, si se ajustan con un margen de error demasiado amplio, no verá nada.
99
2.2.7.6
Captura de la forma de onda de transitorio
Esta técnica registra la onda senoidal real de la tensión o corriente, permitiéndole observar eventos que duren menos de un ciclo de alimentación. La captura se inicia por medio de un disparo y emplea un digitalizador de alta velocidad. La captura se puede producir a través de varios disparos, pero la mayoría de los instrumentos utilizan un "disparo por envolvente".
Un disparo por envolvente encuentra desviaciones a partir de una onda senoidal limpia. Crea un envolvente alrededor de la forma de onda de tensión senoidal, en
S O D la envolvente, el instrumento lo captura y almacena. Algunos VA instrumentos, como R E S una captura instantánea de la los de la serie Fluke 430, también pueden Erealizar R S Ocriterios como los eventos de valor verdadero H forma de onda en base C a otros E eficaz o los aumentos DERde corriente. base a una tolerancia especificada por el usuario. Si la forma de onda se sale de
2.2.7.7
Registro "Full Disclosure"
Esta técnica combina el registro de valores mínimo, máximo y promedio, los transitorios y la captura de eventos a la vez. Así no tendrá que decidir si buscar fluctuaciones o transitorios, porque podrá capturar ambos.
Estos instrumentos pueden determinar automáticamente umbrales de eventos y ajustar el umbral sobre la marcha. De esta manera, se facilita el ajuste de umbrales de eventos. El registro "Full Disclosure" es muy útil para llevar a cabo estudios exhaustivos a lo largo de días, semanas o incluso meses.
100
2.3.
Operacionalización de las Variables
Para este estudio se identificaron dos variables:
a) Variable 1: Problema de calidad de energía en distribución
Definición conceptual: se refiere a las perturbaciones que afectan la magnitud, la frecuencia y la forma de onda de las señales eléctricas (voltaje y corriente) en sistemas eléctricos que operan en media y baja tensión.
S O D Definición operacional: son anormalidades relacionadas con: huecos, VA R E S Edesequilibrios, elevaciones y fluctuaciones de voltaje, variaciones rápidas de R S O H voltaje (flickers), ferroresonancia, armónicos, transitorios, sobrevoltajes por C E R E origen atmosférico, por citar algunos; que provocan el mal maniobra D y de funcionamiento
de
generadores,
conductores,
motores
eléctricos,
transformadores, equipos de compensación, dispositivos electrónicos y de protección que se encuentran conectados en la red de media y baja tensión.
b) Variable 2: Tendencias tecnológicas para supervisión en tiempo real de calidad de energía
Definición conceptual: es el avance que los fabricantes han desarrollado para los registradores y analizadores, así como en las plataformas de comunicación y los centros de análisis de información, empleados para la supervisión permanente del funcionamiento de los sistemas eléctricos para detectar las perturbaciones que los afectan.
101
Definición operacional: son las modificaciones que han experimentado los modelos de última generación, de fabricantes reconocidos, de todo el equipamiento requerido en los sistemas de monitoreo de carácter permanente, basados en la medición de parámetros eléctricos para enviarlos a centros especializados en donde son almacenados y analizados; para la identificación inmediata de anormalidades que estén ocurriendo en una red eléctrica de media y baja tensión. El equipamiento incluye analizadores y registradores de calidad de energía, centrales de telemedida, microcontroladores, relés multifuncionales inteligentes, pasarelas con servidor web, centros de análisis de datos, teléfonos inteligentes, monitores, debidamente estructurados e interconectados con medios de comunicación que pueden ser del tipo
S O D VA
Ethernet, Internet, Wireless, y que además poseen software libre y protocolos compatibles.
c)
R
SE E R S
O H C E Cuadro de variables: DER en la tabla 2.4 se ilustra el cuadro de las variables, con detalle de dimensiones, subdimensiones e indicadores.
102 Tabla 2.4. Cuadro de variables Objetivo General: Analizar las tendencias tecnológicas empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía en redes de distribución. Objetivos específicos
Variable
Dimensiones
Sub-Dimensión
Indicadores
Identificar el problema de la calidad de energía en los sistemas de distribución
D
Problema de calidad de energía en distribución
Huecos de tensión
Armónicos Perturbaciones en sistemas de distribución
C E R E
R E S RE
Normativa
Profundidad (% Voltios) Duración (Seg)
Distorsión de la corriente total Amperios) Distorsión de la tensión total (%) Distorsión de la corriente total (% )
S O D VA
Sobretensiones
Variaciones de tensión
HOS
Fluctuaciones de tensión Desequilibrios
Estándares aplicables
Revisión de informes de calidad
Identificación de problemas de calidad Identificación de perturbaciones típicas
(%
Amplitud (Voltios) Frecuencia (Hz) Duración (Seg) Valor eficaz de la tensión (Voltios rms) Amplitud de la envolvente (Voltios) Frecuencia de la envolvente (Hz) Diferencia de magnitud de tensiones (Voltios) Desfasaje de las tensiones (grados) IEEE 1159-1995 IEC/EN 61000-4-7 CASO PDVSA Petropiar, Anzoátegui, Venezuela CASOUniversidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca, Ecuador CASOANDEC, Guayaquil, Ecuador Sobretensión Huecos de tensión Armónicos Fluctuaciones rápidas de tensión
103 Tabla 2.4. Continuación Objetivo General: Analizar las tendencias tecnológicas empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía en redes de distribución. Objetivos específicos
Variable
Dimensiones
Sub-Dimensión
Determinar los fundamentos de la técnica de medición de la calidad de energía empleada para la supervisión en tiempo real de los sistemas de distribución
Tendencias tecnológicas para supervisión en tiempo real de calidad de energía
Topología
Sistemas de distribución Circuito de distribución
SER
Fundamentos de la técnica de medición
Parámetros medidos
Ecuaciones para cálculo de parámetros medidos
Factores a considerar en la medición
Tiempo empleado en la medición
Fundamentos de supervisión en tiempo real
Radial Anillo Malla o mallado Troncal Ramal Equipos de maniobra y protección Equipos de compensación reactiva Transformadores de distribución
S O D VA
E R S O H C E
DER
Indicadores
Localización del sistema de monitoreo
Arquitectura del sistema
Valor (eficaz y verdadero) de tensión y corriente Potencia (activa, reactiva, aparente) Potencia de distorsión Factor de potencia.
Parámetro a medir Lugar de medición (fases, neutro) Tiempo de duración de medición Frecuencia de medición Relaciones indicativas Valores indicativos (max, min o promedio)
Corto plazo: analizador portátil Largo plazo: registrador de instalación permanente
Subestación Sobre el alimentador Acometida Servidores de almacenamiento de datos Equipos de control Equipos de medición Plataforma de comunicación. Pasarelas de servidores web Protocolo TCP/IP
104 Tabla 2.4. Continuación Objetivo General: Analizar las tendencias tecnológicas empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía en redes de distribución.
Analizar las técnicas de registro empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía, basadas en registradores de la señal recogida
Variable Tendencias tecnológicas para supervisión en tiempo real de calidad de energía
Objetivos específicos
Dimensiones
Sub-Dimensión Registro de intervalo fijo Compresión automática del tiempo
Técnicas de registro
C E R DE
HOS
Intervalo entre lectura (seg) Promedio de valores eficaces (rms)
Valores mínimos, máximos y promedios (seg)
S O D VA
Captura de la forma de onda
R E S RE
Aplicación de técnicas de registro
Indicadores
Estudios comunes
Onda senoidal real de la tensión (Voltios) Onda senoidal real de la corriente (Amperios) Disparo envolvente (Amplitud de señal) Resolución de problemas con análisis a corto o largo plazo Estudios de cargas Estudios de calidad eléctrica Puesta en marcha de instalación
105 Tabla 2.4. Continuación Objetivo General: Analizar las tendencias tecnológicas empleadas para la supervisión en tiempo real de la calidad de energía en redes de distribución. Objetivos específicos
Variable
Dimensiones
Sub-Dimensión
Tendencias tecnológicas para supervisión en tiempo real de calidad de energía
Modelos multifuncionales comerciales
Equipos de medición de calidad de energía en tiempo real
S O H EC
Comparar las soluciones de última tecnología ofrecidas por fabricantes para la detección en tiempo real de las perturbaciones de la calidad de energía, así como la experiencia obtenida por la aplicación de las mismas en los sistemas de distribución
DER
AEMC instruments 8230 Fluke registrador trifásico 1750 Schneider Electric Serie ION 8650 EATON PowerXpert Meter 8000
S O D VA
R E S RE
Comparación de los modelos
Experiencias
Experiencias aplicando soluciones para monitoreo de calidad de energía
Indicadores
Comparación de las experiencias de aplicación
Instalación de los equipos Modo de transmisión de datos Modo de registro y almacenamiento de datos Capacidad de memoria Interfaz con el usuario Informe de salida Alimentación de energía Frecuencia de muestreo Armónicos Disponibilidad a nivel nacional e internacional CASO: Jacksonville Electric Authority, Florida CASO: Fabricante farmacéuticos Estados Unidos Modelos de medidor Instalación de los equipos Tipo de carga Plataforma de comunicación Arquitectura de recolección de datos Compatibilidad con otras plataformas de otros fabricantes Tendencia del sistema de monitoreo Problemas encontrados Beneficios obtenidos
106
2.4.
Glosario de términos
Arquitectura: es el diseño de una red de comunicaciones. Es un marco para la especificación de los componentes físicos de una red y de su organización funcional y configuración, sus procedimientos y principios operacionales, así como los formatos de los datos utilizados en su funcionamiento. En la telecomunicación, la especificación de una arquitectura de red puede incluir también una descripción detallada de los productos y servicios entregados a través de una red de comunicaciones, y así como la tasa de facturación detallada y estructuras en las que se compensan los servicios.
S O D Carga lineal: Una carga eléctrica que en operación VA de estado estable, R E ES presenta una impedancia de cargaR esencialmente constante a la fuente de S O Hdel voltaje aplicado. poder durante todo el C ciclo E DER Carga no lineal: Carga eléctrica que demanda corriente discontinuamente o cuya impedancia varía durante el ciclo de la forma de onda del voltaje alterno aplicado.
Cortocircuito: fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de corriente alterna, entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas polifásicos, o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos
de
potencial
diferente
y
electrodinámicos y esfuerzos térmicos.
produce
arco
eléctrico,
esfuerzos
107
Microcontrolador: Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.
Plataforma: es un sistema que sirve como base para hacer funcionar determinados módulos de hardware o de software con los que es compatible. Dicho sistema está definido por un estándar alrededor del cual se determina
S O D VA
una arquitectura de hardware y una plataforma de software (incluyendo entornos de aplicaciones). Al definir plataformas se establecen los tipos de
R
SE E R S
arquitectura, sistema operativo, lenguaje de programación o interfaz de
O H C E DER
usuario compatibles.
Protocolo MODBUS: es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto en la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales.
Protocolo RS232: (Recommended Standard 232, también conocido como EIA/TIA RS-232C) es una interfaz que designa una norma para el intercambio de una serie de datos binarios entre un DTE (Equipo terminal de datos) y un DCE (Data CommunicationEquipment, Equipo de Comunicación de datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-232. Una definición equivalente publicada por la ITU se denomina V.24.
108
Protocolo RS485: RS-485 o también conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI. Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbit/s hasta 10 metros y 100 kbit/s en 1200 metros) y a través de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la línea de transmisión.
SCADA:
acrónimo
de
Supervisory
Control
And
Data
Acquisition
S O D VA
(Supervisión,Control y Adquisición de Datos) es un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita
R
SE E R S
retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y
O H C E información E DqueRse genera en el proceso productivo (supervisión, control actuadores), y controla el proceso automáticamente. Provee de toda la calidad, control de producción, almacenamiento de datos, etc.) y permite su gestión e intervención.
Servidor web: es un programa informático que procesa una aplicación del lado del servidor, realizando conexiones bidireccionales y/o unidireccionales y síncronas o asíncronas con el cliente y generando o cediendo una respuesta en cualquier lenguaje o Aplicación del lado del cliente. El código recibido por el cliente suele ser compilado y ejecutado por un navegador web. Para la transmisión
de
todos
estos
datos
suele
utilizarse
algún
protocolo.
Generalmente se usa el protocolo HTTP para estas comunicaciones, perteneciente a la capa de aplicación del modelo OSI.
Sobrecorriente: Es cualquier corriente eléctrica en exceso del valor nominal indicado en el dispositivo de protección,
en el equipo eléctrico o en la
109
capacidad de conducción de corriente de un conductor. La sobrecorriente puede ser causada por una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra. La sobrecorriente eleva la temperatura de operación en los diferentes elementos de la instalación eléctrica donde se esta presenta.
O H C E DER
SE E R S
R
S O D VA
110
CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
En este capítulo, se presentan los métodos requeridos para llevar a cabo la investigación, se indica el tipo de investigación, el diseño de la investigación, la población y muestra, las técnicas e instrumentos de recolección de datos y las fases de la investigación.
3.1. Tipo de investigación
S O D VA
R
SE E R S
Toda investigación se encamina a la solución de problemas mediante el logro de
O H C E DER
los objetivos que se plantean en ésta.
De acuerdo a Tamayo y Tamayo (2009) “es conveniente tener un conocimiento detallado de los posibles tipos de investigación que se puedan seguir. Este conocimiento hace posible evitar equivocaciones en la elección del método adecuado para un procedimiento específico” (p. 50); este autor define que existen tres (3) tipos de investigación histórica, descriptiva y experimental. Asimismo este autor indica que “una investigación descriptiva comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual, y la composición o procesos de los fenómenos” (p. 52);
En el mismo ámbito Hernández, Fernández y Baptista (2006) señalan que en cuanto a un estudio descriptivo “se selecciona una serie de cuestiones y se mide o recolecta información sobre cada una de ellas independientemente, para así (valga la redundancia) describir lo que se investiga” (p.102).
111
Basado en lo planteado, anteriormente, por los autores citados, esta investigación se clasifica como descriptiva, ya que está dirigida a la observación y estudio de normas internacionales que definen las perturbaciones de la calidad de energía, en los cuales se detallan los parámetros de profundidad y duración en huecos de tensión; distorsión de la corriente total, distorsión de la tensión total, distorsión de la frecuencia total en armónicos; amplitud y frecuencia de las sobre tensiones; duración y valor eficaz de la tensión de las variaciones de tensiones; amplitud de la envolvente y frecuencia de la envolvente de fluctuaciones de tensión; y diferencia de magnitud de tensiones y desfasaje de las tensiones en desequilibrios.
S O D VA
A su vez, se determinan los fundamentos de la técnica de medición de la calidad
R
SE E R S
de energía empleada para la supervisión en tiempo real basándose en las
O H C E Además, se señalan DERlas características de las técnicas de registro tomando en
ecuaciones utilizadas por los registradores para el cálculo de parámetros. cuenta el intervalo entre lectura y promedio de valores eficaces; la compresión automática del tiempo y la captura de la forma de onda.
Asimismo, se precisan las soluciones tecnológicas ofrecidas por los fabricantes seleccionados para luego compararlos según la plataforma y arquitectura tecnológica empleada. Se describen las características de los equipos de medición de calidad de energía de última tecnología ofrecidos comercialmente por los fabricantes para ser comparadas entre sí; y a su vez con las experiencias en la aplicación de tecnologías de los últimos años. Todo esto mediante la debida revisión de la información tomada de investigaciones relacionadas con el tema.
112
3.2. Diseño de la investigación
El diseño de la investigación se refiere a los pasos, etapas y estrategias que se aplican para el logro de los objetivos planteados.
Para Hernández et al. (2006) el diseño de la investigación es “el plan o estrategia que se desarrolla para obtener la información que se requiere en una investigación” (p. 158). De acuerdo con los elementos que se toman en cuenta para catalogar los diseños de una investigación, el mismo autor, indica la siguiente clasificación “investigación experimental e investigación no experimental. A su vez,
S O D cuasiexperimentos. La investigación no experimental V la A subdividimos en diseños R E transversales o transeccional y diseño longitudinal”. ES (p. 159) R S O H C RE E D Al respecto, Hernández et al. (2006, p.205) definen a la investigación no
la primera puede dividirse en: preexperimentos, experimentos “puros” y
experimental como:
Aquellos estudios que se realizan sin manipular deliberadamente variables y en los que sólo se observan los fenómenos en su ambiente natural para después analizarlos; de igual forma los autores plantean que en un estudio no experimental no se constituye ninguna situación, al contrario, se observan situaciones ya existentes, no provocadas intencionalmente por el investigador. En la investigación no experimental las variables independientes ya han ocurrido y no es posible manipularlas; el investigador no tiene control directo sobre dichas variables, ni puede influir sobre ellas porque ya sucedieron, al igual que sus efectos. Por otra parte, Arias (2006, p.27) expresa que:
La investigación documental es un proceso basado en la búsqueda, recuperación, análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir, los obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes
113
documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Como en toda investigación, el propósito de este diseño es el aporte de nuevos conocimientos. Por lo antes expresado, esta investigación se caracteriza por ser documental y no experimental.
El carácter documental de la presente investigación es debido a que la estrategia se centró en la obtención de fichas técnicas de equipos que provienen de catálogos electrónicos existentes ofrecidos por diferentes fabricantes, así como de diversos trabajos de investigación, manuales técnicos, y cuadernos técnicos en el
S O D internacionales (IEEE std. 1159-1995, IEC/EN std. 61000-4-7), VA entre otras fuentes R E documentales de interés particular talesR como ESel texto especializado en el área de S O (ElectricalPowerSystemsQuality, Dugan, la calidad de energíaCH electrica E Granagham, Santoso DERy Wayne, Ed. McGraw-Hill 1996) para así poder comparar mismo ámbito. De igual manera, se realizó una revisión de normativas
las variedad de soluciones tecnológicas existentes en la actualidad.
Del mismo modo, esta investigación es de tipo no experimental, pues no existe una manipulación de las variables ni se puede influir sobre ellas, es decir, la investigación se orientó a recabar información y utilizarla tal cual fue recolectada sin ejecutarle ningún tipo de modificación.
3.3. Población y muestra
La población se refiere al conjunto de elementos o unidades a los cuales se refiere la investigación. Como lo define Morles (1994) “la población o universo se refiere al conjunto para el cual serán válidas las conclusiones que se obtengan: a los
114
elementos o unidades (personas, instituciones o cosas) involucradas en la investigación”. (p. 17). De igual forma, Tamayo y Tamayo (2009) se refiere a la población como “la totalidad del fenómeno a estudiar en donde las unidades de población poseen una característica común, la cual se estudia y da origen a los datos de la investigación”. (p. 176).
Por otra parte, cuando se seleccionaron algunos de los elementos con la intención de averiguar algo sobre la población de la cual están tomados, nos referimos a ese grupo de elementos como muestra.
S O D VA
R
SE E R S
Para Morles (1994) la muestra es un "subconjunto representativo de un universo o
O H C E DER
población”. (p. 54).
Mientras que Ander-Egg, citado por Tamayo y Tamayo (2009) define la muestra como el “conjunto de operaciones que se realizan para estudiar la distribución de determinados caracteres en la totalidad de una población, universo o colectivo, partiendo de la observación de una fracción de la población considerada”. (p. 178).
Una muestra puede ser clasificada en diversos tipos: aleatorias o probabilísticas, no aleatorias o empíricas de tipo intencionada, muestreo mixto o muestreo tipo.
Particularmente, Tamayo y Tamayo (2009, p.178) define una muestra no aleatoria o empírica de tipo intencionada, como aquella donde: El investigador selecciona los elementos que a su juicio son representativos, lo cual exige al investigador un conocimiento previo de la población que se investiga para poder determinar cuáles
115
son las categorías o elementos que se pueden considerar como tipo representativo del fenómeno que se estudia.
Basado en lo anteriormente planteado por los autores antes citados, la población para la presente investigación abarca las tecnologías empleadas para la medición en tiempo real de la calidad de energía, ofrecidas por diversos fabricantes. La muestra para la presente investigación está constituida por cuatro (04) modelos multifuncionalesde última generación comercialmente ofrecidos por cuatro (04) fabricantes, indicados en la tabla 3.1
S O D A VFabricante
Tabla 3.1. Modelos multifuncionales seleccionados como muestra. Modelo Modelo 8230 1750 Serie ION 8650 PowerXpert 8000
O H C E
DER
RAEMC Instruments
SE E R S
Fluke Schneider Electric EATON
En base a lo anteriormente planteado por los autores, en este trabajo de grado se ha catalogado el tipo de muestra como intencionada, y quedó conformada por las plataformas y las arquitecturas tecnológicas, junto a los medidores antes indicados; esta selección fue hecha porque esos fabricantes son los que ofrecen mayor variedad de equipos comerciales, y además son los que proporcionan mayor información de su productos lo cual fue de gran valor para el presente estudio.
Por lo anteriormente expuesto, se considera que la investigación conforma un muestreo, donde la muestra conforma una parte de con la población que son las tecnologías para la medición de calidad de energía eléctrica que se instalan en los sistemas de distribución y que marcan la tendencia en el ámbito nacional e internacional.
116
3.4. Técnicas de recolección de datos
Arias (2006) menciona que las técnicas de recolección de datos son las distintas “formas o maneras de obtener la información. En este aparte se indicarán las técnicas e instrumentos que serán utilizados en la investigación”. (p. 25)
Hernández et al. (2006, p.274) establecen que:
La recolección de datos implica elaborar un plan detallado de procedimientos que nos conduzcan a reunir datos con un propósito específico, el cual incluye determinar las fuentes de donde vamos a obtener los datos, la localización de tales fuentes, el medio o método por el cual se recolectarán los datos y una vez recolectados, la forma de prepararlos para que puedan analizarse y responder al planteamiento del problema.
S O D VA
R
SE E R S
O H C E Para esta investigación, DER se aplicaron tres (03) técnicas de recolección de datos,
entre las cuales se pueden citar; la observación documental, la observación indirecta y la lectura evaluativa.
3.4.1. Observación documental
De acuerdo con Bavaresco (1997) “la observación documental o bibliográfica es la que se realiza con base en la revisión de libros, folletos, documentos, revistas, periódicos, entrevistas personales, foros, conferencias, simposios, mesas redondas, seminarios y muchas otras más”. (p. 99)
A través de esta técnica se revisaron textos especializados en el área de calidad de energía eléctrica, al igual que los aspectos contemplados en las normativas (IEEE, IEC/EN), también en catálogos de fabricantes de equipos de medición
117
(Fluke, AEMC Instruments, Shneider Electric, EATON), al igual que información publicada en internet sobre resultados de experiencias prácticas obtenidas en la aplicación de soluciones técnicas comerciales, dirigidas a la supervisión en tiempo real de la calidad de energía; con el fin de estructurar el marco teórico y el análisis de los resultados de la investigación consignados en el capítulo IV.
3.4.2. Observación indirecta.
Tamayo y Tamayo (2009) afirman que “la observación indirecta es cuando el investigador corrobora los datos que ha tomado de otros, ya sea de testimonios
S O D VA
orales o escritos de personas que han tenido contacto de primera mano con la
R
SE E R S
fuente que proporciona los datos”. (p.184)
O H C ERE indirecta, debido a que se consultaron estudios de Se efectuó una Dobservación calidad de energía elaborados con anterioridad (CASO: PDVSA Petropiar – Venezuela, CASO Universidad Politécnica Salesiana – Ecuador, CASO ANDEC Ecuador), de los cuales se extrajeron datos de perturbaciones típicas que se presentaron en esos sistemas de distribución.
Igualmente se aplicó la observación indirecta para obtener información de experiencias prácticas derivadas en la aplicación de soluciones técnicas comerciales en los casos Jacksonville Electric Authority - Florida y Fabricante farmacéuticos - Estados Unidos, expuestos en el capitulo IV.
118
3.4.3. Lectura evaluativa
Lectura crítica o evaluativa, según Silva (2006, p. 97), es aquella que se realiza para “obtener fundamentos y emitir opiniones. Permite el desarrollo del pensamiento crítico reflexivo, para lo cual el lector debe: realizar el proceso con pausa, releer el material, tomar notas, indicar diferencias, similitudes; confrontar la opinión con otros autores y otros textos escritos".
La lectura evaluativa se aplicó principalmente a la hora de identificar los elementos que conforman el sistema de medición en tiempo real de la calidad de energía;
S O D VA
dicha técnica se llevó a cabo mediante la revisión de antecedentes y trabajos relacionados con el tópico.
R
SE E R S
O H C E 3.5. Instrumentos DEdeRrecolección de datos.
Hernández et al. (2006, p. 345) apunta que un instrumento de recolección de datos es aquel que “registra datos observables que representan verdaderamente los conceptos o las variables que el investigador tiene en mente".
En cuanto a los instrumentos de recolección de datos empleados al momento de recoger los datos, se utilizaron varias carpetas digitales, con archivos en formatos Word y PDF, para el almacenamiento y clasificación de la información.
119
3.6. Fases de la investigación
El proyecto de investigación se llevó siguiendo dos fases: recolección de información, análisis comparativo de las soluciones, dichas fases involucraron una serie de actividades que se explican como sigue:
FASE I: Identificación del problema de calidad de energía en distribución.
Esta etapa consistió en la búsqueda, selección y revisión de bibliografía, trabajos especiales, guías, manuales, artículos técnicos, revistas y páginas web
S O D VA de igual manera las con énfasis en sistemas de distribución. Se estudiaron R E ESstd. 61000-4-7 que establecen los R normativas IEEE std. 1159-1995 yS la IEC/EN O tales como huecos de tensión, armónicos, H C umbrales de las perturbaciones, RE E D sobretensiones, variaciones de tensión, fluctuaciones de tensión y desequilibrios. relacionadas con las perturbaciones que afectan la calidad de energía eléctrica,
Se identificaron las perturbaciones típicas que se presentan en sistemas de distribución mediante la revisión de informes de calidad de energía publicados en internet.
FASE II: Técnicas de medición de calidad de energía
La segunda fase comprendió la búsqueda de la teoría de la medición, abarcando principalmente las fórmulas matemáticas utilizadas por los registradores de calidad de energía eléctrica para el cálculo de parámetros tales como:valor verdadero eficaz de la tensión y la corriente, potencia activa, potencia aparente, potencia de distorsión por intervalo y por fase, factor de potencia total en las tres fases, entre otros. Se estudiaron los equipos empleados para el monitoreo, incluyendo la forma de ejecutar las conexiones al momento de la medición.
120
FASE III: Fundamentos de la supervisión de señales en tiempo real en distribución.
En esta fase se investigó, en catálogos del fabricante reconocido Schneider Electric, sobre la arquitectura empleada para la ejecución del monitoreo de señales en tiempo real, incluyendo equipos de medición y plataformas de comunicación que permite enviar las señales medidas hacia los equipos de análisis y control remoto. También se estableció la diferencia entre sistemas de supervisión de corto plazo y largo plazo. Se puntualizó la ubicación típica de los registradores de calidad de energía en los alimentadores de distribución, así como también en el sistema de potencia.
S O D VA
R
SE E R S
FASE IV: Técnicas de registro para supervisión en tiempo real de calidad de energía.
O H C E DER
En esta etapa se estudiaron las técnicas empleadas en los últimos años para el seguimiento de tendencias utilizada por los fabricantes de equipos de monitoreo para el análisis de calidad de energía; concretamente: el registro de intervalo fijo, registro de valores (máximo, mínimo y promedio), compresión automática del tiempo, trendplot, y registro de eventos. De igual manera, se incluyeron las aplicaciones de esas técnicas en la resolución de problemas con análisis a corto o largo plazo, estudios de cargas, estudios de calidad eléctrica y puesta en marcha de instalaciones.
FASE V: Comparación de soluciones comerciales de ultima tecnologías.
Se llevó a cabo el estudio y comparación de cuatro (04) modelos multifuncionales comerciales ofrecidos por los fabricantes: AEMC instruments, Fluke, Schneider
121
Electric, y EATON. Para cada uno se indicó las especificaciones técnicas, plataforma de comunicación y transmisión de datos y el software correspondiente. La comparación estuvo enfocada en los siguientes aspectos: instalación de los equipos, modo de transmisión de datos, modo de registro y almacenamiento de datos, capacidad de memoria, interfaz con el usuario, informe de salida, alimentación de energía, frecuencia de muestreo, armónicos y disponibilidad a nivel nacional e internacional.
FASE VI: Comparación de experiencias prácticas.
S O D internacional donde fueron aplicadas de soluciones V comerciales ofrecidas por A R E fabricantes para monitoreo de calidad de energía. ES Para cada caso se expuso las R S O que se supervisó, la serie de problemas que H características del sistemaC eléctrico E venían evidenciando, DERla solución técnica comercial empleada para detección en
Se recopilaron y analizaron dos (02) experiencias prácticas obtenidas a nivel
tiempo real de las anormalidades presentadas y los resultados obtenidos. Por último, se comparó esas experiencias con base a los siguientes aspectos: modelos de medidor, instalación de los equipos, tipo de carga, plataforma de comunicación, arquitectura de recolección de datos, compatibilidad con otras plataformas de otros fabricantes, tendencia del sistema de monitoreo, problemas encontrados y beneficios obtenidos.
122
CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En este capítulo se describen los resultados alcanzados en la investigación, cumpliendo con las fases planteadas para su desarrollo.
4.1. Identificación del problema de calidad de energía en los sistemas de distribución
S O D VA
Como se mencionó en la sección 2.2.3 de las bases teóricas del capítulo II, las perturbaciones
ER problemas S E SR
electromagnéticas
son
relacionados
con
las
O H C E señales de voltaje DEyRcorriente, que pueden originar averías o mal funcionamiento deformaciones en la magnitud, en la frecuencia y en la forma de onda de las de ciertos equipos.
Según el modo de propagación las perturbaciones pueden ser conducidas y radiadas. Las conducidas se propagan mediante corrientes originadas por diferencia de potencial y necesitan conexión física entre equipos, mientras que las radiadas lo hacen mediante campos magnéticos y no necesitan esa interconexión. Según el rango de frecuencia pueden ser de baja frecuencia (por debajo de 30MHz, normalmente conducidas) y de alta frecuencia (por encima de 1MHz, normalmente radiadas). Las perturbaciones pueden ser originadas en la fuente de alimentación, asociadas al funcionamiento de la carga o ser causadas por las condiciones ambientales de la instalación, especialmente por descargas atmosféricas.
123
A nivel de distribución las perturbaciones entre las perturbaciones más importantes se encuentran: huecos de tensión, armónicos, sobretensiones, fluctuaciones rápidas de tensión (flicker), transitorios y desequilibrios. Las causas más comunes de los huecos de tensión se deben a cortocircuitos, arranque de grandes motores, conexión de transformadores y variaciones del consumo; y sus efectos dependen de la caída de tensión, la duración del hueco, el punto de la onda con la que se origina el evento y la sensibilidad del equipo.
Las causas más comunes de los armónicos son consumos no lineales y reactancias saturables, que se manifiestan en sobretensiones por resonancias y calentamiento en conductores. Las cargas no lineales son generalmente
S O D VA
accionamiento de velocidad regulable (variadores de frecuencia), rectificadores,
R
SE E R S
hornos de inducción, sistemas de energía eólica, sistemas fotovoltaicos,
O H C E DER
computadores personales, equipos de video y audio, entre otros.
El flicker es originado por consumos fluctuantes que causan parpadeos en lámparas incandescentes, producen molestias visuales para el ser humano y pueden afectar equipos eléctricos sensibles. Las fuentes de flicker son generalmente variaciones fluctuantes de potencia en hornos de arco, máquinas de soldar, motores eléctricos, aparatos de rayos X, resonancia magnética nuclear, tomógrafos; y también por la puesta en servicio o desconexión de cargas importantes, especialmente en arranques de motores, maniobras de baterías de condensadores en escalones, entre otros.
En cuanto a los transitorios son producidos por cortocircuitos, maniobras en la red y descargas atmosféricas. Sus efectos más resaltantes se evidencian en el deterioro y avería de elementos de la red y activación innecesaria de protecciones. Por su parte los desequilibrios son comúnmente ocasionados por consumos monofásicos en redes trifásicas y consumos trifásicos defectuosos; normalmente
124
provocan mal funcionamiento de equipos trifásicos debido a la presencia de componentes de secuencia negativa. Otras fuentes de asimetrías de voltajes son horno de arco, horno de inducción, puntos calientes, fases abiertas en transformadores de distribución, entre otros.
Se investigo acerca de estudios de calidad de energía elaborados en diversas investigaciones para verificar que en efecto existe un conjunto de perturbaciones típicas que suelen presentarse a nivel de distribución en donde existan instaladas cargas como las antes mencionadas. Por ello se seleccionaron tres (03) casos representativos que se describen seguidamente.
Caso PDVSA Petropiar, Anzoátegui, Venezuela
R
SE E R S
O H C ERE de la empresa de D distribución
S O D VA
La investigación realizada por Franco (2010) estuvo centrada en el sistema eléctrico
PDVSA Petropiar, ubicada en el
Condominio Industrial de JOSE, estado Anzoátegui, y se encarga del mejoramiento de crudo extra pesado proveniente del campo Ayacucho que está en la Faja Petrolífera del Orinoco en el este de Venezuela.
Para ese año, en el mejorador de PDVSA Petropiar existía un alto nivel de incertidumbre respecto a la condición operativa de los equipos y componentes de su red de distribución, ante perturbaciones del sistema eléctrico nacional, debido a que no tenía un sistema de monitoreo para diagnosticar la calidad de energía eléctrica recibida; viéndose afectado por constantes fallas, tales como: flickers, sags y fluctuaciones de tensión, ocasionando el mal funcionamiento de equipos y maquinarias,
debilitamiento
de
transformadores y pérdidas materiales.
aislamiento,
sobrecalentamiento
en
125
La Subestación Terminal de Almacenaje y Embarque de Jose (TAEJ) de PDVSA se alimenta en 115kV de la Subestación Eléctrica Jose de EDELCA 400/115kV. El sistema eléctrico de PDVSA PETROPIAR se nutre de la Subestación TAEJ, este sistema está compuesto por 13 subestaciones.
R
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O H C E DER
S O D VA
Figura 4.1. Diagrama unifilar de subestaciones eléctrica TAEJ y 10A. (Franco, 2010)
La subestación eléctrica 10A se encuentra en el mejorador de crudo Petropiar, es energizada a través de dos acometidas subterráneas en 34,5KV. Entre los niveles de tensión que se maneja están 34,5KV 13,8KV, 4,160KV, 480/277V y 208/120V; los cuales son transformados por 44 transformadores de distribución tipo pedestal.
126
Esta subestación le distribuye energía eléctrica a doce (12) diferentes subestaciones eléctricas como se muestran en la figura 4.1, las cuales están repartidas según las áreas operacionales de proceso.
Existen medidores de calidad de energía (Relé EPM) en las dos acometidas subterráneas que fueron utilizados para el estudio de calidad de energía. Estos dispositivos son de la marca General Electric y están identificados por el fabricante como Relé EPM; es un equipo de medición y detección de fallas, capaz de medir VA, VAR, W por fase y total, y armónicos en tiempo real. Posee una velocidad de muestro a 256 muestras por ciclo, memoria interna de 6MB. El modo de transmisión de datos se realiza a través de una puerta de comunicación RS-232
S O D VA
ópticamente aislada. Para el análisis de los datos, muestra en tiempo real y
R
SE E R S
generación de informe utiliza el software DataView.
O H C EREpara la realización del diagnóstico fueron extraídos del Los registros D utilizados
Relé Multilin EPM 9650 a través del software DataView. Estos registros se tomaron anualmente, los años en estudio fueron el 2004, 2005, 2006 e inicios del año 2007. Los parámetros tomados en consideración fueron: ciclos, tiempo (ms), %voltaje nominal (%Vn), fecha, hora y semana del año. Las mediciones permitieron detectar eventos, fallas o perturbaciones, relacionados con sags (huecos) y swell (sobretensiones), para lo cual fue utilizada la norma IEEE std. 1159-1995.En la tabla 4.1, se muestra una parte de los sags que se presentaron en el año 2004, indicando el momento exacto y el porcentaje del valor nominal del voltaje obtenido. En la figura 4.2 se muestra el perfil de los sags registrados durante ese período.
127
Figura 4.2. Perfil de los sagsen PDVSA Petropiar, año 2004 (Franco, 2010)
S O D VA
Tabla 4.1. Sags presentados en PDVSA Petropiar, año 2004 2/1/04 9:16:43.000
O H C E
DER
R
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Date & Time
%Vn
88.00%
2/16/04 15:52:14.987
88.00%
2/26/04 12:55:53.000
74.50%
2/26/04 12:55:54.000
84.44%
2/27/04 23:08:59.617
81.00%
3/19/04 13:14:55.903
79.00%
3/24/04 4:47:15.406
88.91%
3/24/04 4:59:54.144
88.91%
3/24/04 8:00:47.353
86.64%
3/24/04 8:13:26.110
86.64%
3/25/04 5:16:43.850
87.63%
3/25/04 5:29:22.817
87.14%
3/27/04 16:45:46.524
87.63%
4/17/04 2:41:55.356
87.92%
4/17/04 3:48:55.935
87.42%
4/20/04 16:09:04.221
80.06%
5/19/04 13:13:26.230
89.92%
6/1/04 14:31:26.915
62.31%
6/5/04 15:05:14.140
89.22%
6/8/04 19:32:28.000
66.35%
6/8/04 19:32:56.237
83.98%
(Franco, 2010)
128
Para el año 2005 se identificó un evento clasificado como sobretensión, el cual ocurrió en un intervalo que va desde 0.5 ciclos (8 milisegundos aproximadamente) hasta un minuto, superando el 110% del voltaje nominal, establecido como limite en la norma IEEE std.1159-1995. Esta perturbación fue detectada el 25 de mayo de ese año, a la hora 21:39:49:307 con una magnitud de 110.05%. En la figura 4.3, se muestra el perfil de la sobretensión obtenida en este año de medición, en el cual se pueden observar lo anterior.
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SE E R S
O H C E DER
S O D VA
Figura 4.3. Perfil de sobretensión, año 2005 (Franco, 2010)
El estudio reflejó que no existía un sistema automatizado que permitiese recopilar la data histórica de las perturbaciones del sistema eléctrico para poder promediar, caracterizar y realizar cálculos, en aras de anticiparse a posibles eventos que pudieran presentarse en el mismo. Por ello propusieron un sistema de indicadores de calidad de energía eléctrica, basados en el desarrollo de un sistema para caracterizar las fallas, perturbaciones, y la recolección automatizada de datos de la calidad del suministro eléctrico, mediante la instalación del Relé Multilin EPM 9650, marca General Electric, que es más avanzado y permite el acceso remoto a los datos recolectados.
129
El Relé EPM 9650 es un modelo avanzado en funciones de comunicación, con un diseño multi-puerto que permite múltiples conexiones simultáneas. Además, proporciona un enlace digital directo a los clientes, lo que les facilita recoger datos seleccionados sin afectar el medidor o sus datos. Todas las funciones avanzadas de la EPM 9650 están disponibles para los protocolos estándar DNP 3.0 y Modbus. Captura hasta 512 muestras por ciclo para un evento. Este equipo es capaz de registrar armónicos para cada canal de voltaje, corriente y porcentaje de distorsión armónica total.
Caso Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca, Ecuador
S O D A se enfocó en el La investigación realizada por Sarmiento y Sánchez V(2009) R E ES Politécnica Salesiana, con sede sistema eléctrico de distribución de la Universidad R S O H en Cuenca, Ecuador. C E DER La Universidad Politécnica Salesiana (UPS), Sede Cuenca, está alimentada a través de cuatro transformadores trifásicos que trabajan en 22KV/220V, cuyas capacidades son: 300, 200, 112,5, y 37,5KVA respectivamente. Los distintos tipos de carga instalados a cada transformador de distribución son muy variados; estos van desde una simple lámpara incandescente (carga lineal), hasta cargas o equipos más complejos los cuales no presentan una linealidad en su funcionamiento, tales como: variadores de frecuencia, torno con control numérico computarizado, computadoras, entre otros; que al sumarse en gran mayoría tiene un efecto perceptible en la forma de onda del voltaje, afectando de esta manera la calidad de la energía eléctrica, y por ende a todos los elementos que forman parte de la instalación eléctrica.
130
La medición se ejecutó en tableros a nivel de 220V, alimentados por los transformadores, utilizando los siguientes equipos de medición de calidad de energía:
Topas 1000, de la marca LEM, serie Nº 59741: este modelo está diseñado para
realizar
análisis
de
calidad
eléctrica
avanzados,
así
como
comprobaciones de conformidad de acuerdo a las distintas regulaciones vigentes de cada país. Dispone de 8 canales de entrada (4 para corriente y 4 para tensión o 8 para tensión), capturando así de forma detallada la información correspondiente a los parámetros seleccionados por el propio usuario. Registra comienzo y final de interrupciones de tensión. Posee
S O D VA
memoria flash incorporada de 512MB ideal para registros a largo plazo.
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Analyst 3Q, de la marca LEM, serie Nº P562671AB: es un instrumento que
O H C E sistemas de 50 y 60 Hz. Mide valores RMS de tensión y corriente, armónicos, DER mide todos los parámetros fundamentales de calidad de la energía en flicker, desequilibrios de tensión y frecuencia de línea. Este equipo ofrece un modo de visualización de calidad de la energía trifásica que muestra todos los parámetros clave en una sola pantalla para un rápido y fácil diagnóstico de problemas. Además, mide los parámetros de potencia activa, potencia aparente, potencia reactiva y factor de potencia.
Fluke, de la marca LEM, serie Nº G32748: este equipo puede efectuar una amplia gama de medidas de parámetros relacionados con voltaje, corriente, frecuencia, potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente, factor de potencia y distorsión total de armónicos con una pinza fácil de usar. Posee una visualización clara de resultados con barra gráfica para presentación doble de V/Hz, A/Hz y PF/W. Permite medir en sistemas trifásicos con cargas equilibradas. Además es capaz de capturar tendencias con modo de registro y almacenar valores mínimo, máximo y promedio.
131
Estos equipos estuvieron registrando durante siete días, con intervalos de 10 minutos, obteniéndose al final de cada medición, 1008 muestras. El estudio se enfocó en el análisis de los siguientes indicadores de calidad de energía: nivel de voltaje, flickers, factor de potencia y distorsión armónica de voltaje. Como el voltaje, el flicker y el factor de potencia registrados estuvieron dentro de los límites contemplados en las normas utilizadas, seguidamente solo se hará referencia a algunos problemas de armónicos detectados.
Para la evaluación de la distorsión armónica total de voltaje se utilizó la norma IEC 61000-4-7, que establece como límite máximo 8%, en mediciones cada 10 minutos; y para la individual lo establecido en la Regulación N° 004/01 –
S O D VA
CONELEC (Ecuador) especificada en la tabla 4.2. Las tablas 4.3, 4.4 y 4.5
R
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muestran los resultados de armónicos de voltaje obtenidos para las fases A, B y C,
O H C RE de armónicos de tensión - Regulación N° 004/01 Tabla 4.2. DELímites
respectivamente.
ORDEN (n) DE LA ARMONICA Y THD Impares no múltiplos de 3 5 7 11 13 17 19 23 25 > 25 Impares múltiplos de tres 3 9 15 21 Mayores de 21 Pares 2 4 6 8 10 12 Mayores a 12 THD
TOLERANCIA |Vi´| o |THD´| (% respecto al voltaje nominal del punto de medición) V > 40 kV V 40 kV (otros puntos) (trafos de distribución) 2.0 2.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.7 0.7 0.1 + 0.6*25/n
6.0 5.0 3.5 3.0 2.0 1.5 1.5 1.5 0.2 + 1.3*25/n
1.5 1.0 0.3 0.2 0.2
5.0 1.5 0.3 0.2 0.2
1.5 1.0 0.5 0.2 0.2 0.2 0.2 3
2.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.2 0.5 8
(CONELEC, Ecuador)
132 Tabla 4.3. Resultados de armónicos en fases A, UPS - Sede Cuenca
R
SE E R S
O H C E DER
S O D VA
(Sarmiento y Sánchez, 2009)
133 Tabla 4.4. Resultados de armónicos en fases B, UPS - Sede Cuenca
R
SE E R S
O H C E DER
S O D VA
(Sarmiento y Sánchez, 2009)
134 Tabla 4.5. Resultados de armónicos en fases C, UPS - Sede Cuenca
R
SE E R S
O H C E DER
S O D VA
(Sarmiento y Sánchez, 2009)
135
El estudio efectuado con los equipos de medición de calidad de energía reflejó anomalías en los armónicos, ocasionados principalmente en los circuitos que alimentan el área de sistemas como son: laboratorios de internet, salsa de cómputo y un gran número de luminarias, lo que afecta todo el sistema eléctrico de la universidad. Por ello propusieron adquirir un equipo de monitoreo de calidad de energía eléctrica para realizar análisis permanente y mantener en supervisión el sistema eléctrico.
Caso ANDEC, Guayaquil, Ecuador
S O D A S.A, ubicada de la empresa V ANDEC R E RES
La investigación realizada por Pila y Zambrano (2010) se orientó al estudio del flicker en una instalación eléctrica
S O H EC
Guayaquil, Ecuador.
DER
en
La medición se efectuó en la estación primaria de la empresa, la cual maneja niveles de tensión a 13,8KV y 440V. Se llevó a cabo la instalación del equipo de medición en el área de compresores y grúas. Esta área maneja 3 compresores de aire acondicionado de 40 HP cada uno, con un nivel de tensión de 440V - 3Ø 60Hz; y 3 grúas aéreas con 3 motores trifásicos en 60Hz, de traslación de carro, de puente y de elevación, cada uno con potencias de 300W, 650W y 1.4 KW, respectivamente.
El equipo que se utilizó para realizar las mediciones fue el analizador de calidad de energía Unilyzer 901. Este instrumento posee 8 canales de entrada, 4 de corriente y 4 de voltaje. Cada una de estos canales posee una velocidad de hasta 6.4 y 7.7 KHz para frecuencias de 50 y 60 Hz (sin huecos de tensión). Tiene una capacidad de almacenamiento de 4 MB y con la configuración por defecto la memoria soporta 20 días de medición de datos, hasta 60 sags y swells, 50 formas de onda de transitorios y 80000 eventos.
136
El periodo de medición comenzó el 20 de febrero del 2010 a las 14:30 y finalizó el 26 de febrero del 2010 a las 15:00. Las figuras 4.4 y 4.5 muestran los resultados de flicker obtenidos.
S O D VA
R
SE E R S
O H C E Figura 4.4. Gráfico DERdel nivel de flicker de corto tiempo (Pst) (Pila y Zambrano, 2010)
Figura 4.5. Gráfico del nivel de flicker de largo tiempo (Plt) (Pila y Zambrano, 2010)
137
El estudio efectuado reflejó que los valores de Pst y Plt se encontraron fuera de la Regulación N° 004/01 – CONELEC (Ecuador), la cual establece que el índice de severidad del Flicker Pst en el punto de medición respectivo, no debe superar la unidad. Se considera el límite Pst = 1 como el tope de irritabilidad asociado a la fluctuación máxima de luminancia que puede soportar sin molestia el ojo humano en una muestra específica de población.
Además de flicker se tomaron otros valores en las mediciones, tales como: magnitud del voltaje, armónicos de voltaje y corriente, frecuencia, potencia aparente y factor de potencia, los cuales se encontraban dentro de los límites permitidos por el organismo antes citado.
S O D VA
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Dentro de las acciones propuestas para corregir la problemática asociada al flicker
O H C E DER
resalta las siguientes:
Utilizar el método de la modificación de la red, es decir, distanciar ó aislar estas cargas perturbadoras de los circuitos de iluminación, o en su fin aumentar la potencia del transformador común sin alterar la impedancia del mismo, esto puede ser factible, pero previo a esto debe realizarse un estudio de costo-beneficio.
Utilizar el método de la modificación de la carga en el caso de los compresores que son utilizados para la climatización de las oficinas, para que estos trabajen en ciclos diferentes al del trabajo de la grúa aérea, para así evitar las fluctuaciones de tensión en las instalaciones, aunque esta técnica resulta técnicamente posible pero poco rentable.
138
Conectar la alimentación de la grúa aérea a un nivel de tensión más elevado, con esto también se aislaría al mismo de los sistemas de alumbrado y de los compresores de los aires acondicionados de las oficinas, así trabajen en el mismo periodo el nivel de perturbación estaría en los límites permitidos.
Utilizar el método de la capacitancia serie con esto ayudaríamos a reducir las fluctuaciones de tensión considerablemente, este tipo de método es técnicamente posible y varias veces rentable, todo esto sumado a un análisis previo de costo-beneficio.
S O D arranques que por lo general pueden llegar a ser de hasta un 7 veces la VA R E corriente nominal, desarrollando a R su E vezS un gran torque que puede llegar a S O H con este sistema las caídas de tensión en el ser 160% de su valor nominal, C E ER del mismo. Ddistribución sistema de
Utilizar el sistema de arrancadores suaves para reducir las corrientes de
Como se puede observar a través de los tres estudios de calidad de energía antes mencionados, que corresponden a sistemas de distribución comerciales e industriales, para ejecutar las mediciones hay diversidad de registradores comerciales con diferentes capacidades para el almacenamiento y análisis de datos registrados. Todos miden básicamente los mismo parámetros entre ellos: magnitud del voltaje y corriente, frecuencia, factor de potencia, potencia (activa, reactiva y aparente), armónicos, flicker, eventos transitorios.
Los análisis de esos estudios de calidad están dirigidos a la valoración del % del voltaje, el nivel de desequilibrio, las fluctuaciones de tensión, características de los huecos y elevaciones de voltaje, la distorsión armónica individual y total, las variaciones rápidas de tensión (flicker) a través de los parámetros Pst y Plt, los
139
transitorios, la duración y repetición de los eventos, entre otros. Para su evaluación se utilizan normas internacionales (IEEE std. 1159-1995 y IEC/EN std. 61000-4-7) y en algunos casos como son los de Ecuador se usan también normativas nacionales (Regulación N° 004/01 – CONELEC).
De los tres casos analizados, en dos recomiendan la instalación de sistemas de monitoreo y supervisión de la calidad de energía eléctrica, para disponer de mayores datos, e identificar en tiempo real la mayor cantidad de perturbaciones posibles. Esto indica claramente cuál es la tendencia en cuanto a la resolución de problemas de calidad de energía.
S O D El número de circuitos, el tipo de carga conectada alVsistema A de distribución al R E S sobre cuáles perturbaciones igual que las condiciones ambientales influyen E R S O y el nivel de gravedad de las mismas H eléctricas ocurren con mayor frecuencia C E DER 4.2. Técnicas de medición de parámetros de calidad de energía
Las fórmulas matemáticas que permiten el cálculo de los parámetros para determinar la calidad de energía eléctrica están ilustradas en la sección 4.2 del capítulo II, esos indicadores son los siguientes:
Valor verdadero eficaz de la tensión y la corriente
Valor eficaz de la tensión y la corriente por fase, y por intervalo de registro
Potencia activa de los armónicos, calculada mediante la transformada rápida de Fourier (FFT), a partir de muestras de tensión y corriente
Potencia activa considerando desde la fundamental hasta el armónico 50°,
Potencia activa por fase del intervalo de registro
Potencia activa total en las tres fases
140
Valor absoluto de la potencia activa por fase y por intervalo
Suma de los valores absolutos de la potencia activa en las tres fases
Potencia aparente a partir de los valores eficaces de la tensión y la corriente
Potencia aparente por fase y por intervalo de registro
Potencia aparente total de todas las fases
Potencia de distorsión
Potencia de distorsión por fase y por intervalo de registro
Potencia de distorsión total para tres fases
Factor de potencia de distorsión por fase
Factor de potencia de distorsión total en todas las fases
Tangente φ por fase
Tangente φ total en todas las fases
Potencia activa de la fundamental por fase
S O D VA
ER S E R por fase y por intervalo Potencia activa de la frecuenciaS fundamental O H Potencia activa R total EdeCla fundamental para tres fases E D Potencia aparente de la fundamental por fase
Potencia aparente de la frecuencia fundamental por fase y por intervalo
Factor de potencia de la fundamental por fase
Factor de potencia total en las tres fases
Los equipos empleados para el monitoreo en tiempo real están clasificados en dos tipos: Los registradores y analizadores.
Los analizadores de calidad de energía se caracterizan por dar la oportunidad de trasladar el estudio de los parámetros directamente al tablero de medición en los puntos de interés, que suelen ser los tableros de las cargas conectados al circuito alimentador de una red de distribución. En la figura 4.6 se muestra un registrador con características que le permiten recolectar los datos en su memoria por varias horas de forma autónoma y también hacer un estudio de un periodo en el que el
141
comportamiento de la energía eléctrica de las instalaciones queda completamente tipificado, este estudio comúnmente dura una semana para cargas industriales con actividades regulares.
S O D VA
Figura 4.6. Analizador modelo 3945 (AEMC Instruments)
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O H C RE Instalados de forma estratégica conforman una red real y de carácter DEpermanente.
Los analizadores de calidad de energía son pensados para recoger datos a tiempo comunicada a través de diferentes canales.
Las mediciones de estos equipos se realizan de diversas maneras, según el manual técnico 1745 de Fluke (2006) son de la siguiente manera.
Se calcula la relación de los armónicos en la secuencia negativo a positivo, teniendo en cuenta los ángulos y las magnitudes de las tensiones de las fases. Estos valores se promedian sobre la duración del intervalo definida en el software computacional.
La frecuencia se mide a lo largo de 10 segundos y se promedia, y los valores resultantes se dividen en 42 clases para establecer las estadísticas. Los valores se promedian también sobre la duración del intervalo definida en el software.
142
En el registro de corriente se miden los valores máximos de las corrientes (L1 o A, L2 o B, L3 o C, y N), y se calcula el valor de intervalo de la corriente utilizando el valor medio sobre los valores eficaces del intervalo definido en el software. Si hay conectado un sensor de corriente trifásico, la corriente neutra se calcula sobre la base de una muestra a partir de las corrientes de fase. Si se detecta un sensor trifásico más neutro, puede seleccionar entre registrar y calcular la corriente neutra en el software. Los valores pico de la corriente se promedian en el software sobre el intervalo de medición predefinido. Los valores pico breves no contribuyen mucho al valor promedio por lo que la Imáx puede ser superior a la Ipico.
El factor de cresta (FC) de las corrientes (L1 o A, L2 o B, L3 o C, y N) es la
S O D VA
relación del valor pico al valor eficaz de la corriente, y se promedia sobre la
R
SE E R S
duración del intervalo definida en el software. Para señales sinusoidales, CF =
O H C E DER
1,41, y para ondas cuadradas, CF =1,00.
4.3.
Fundamentos de la supervisión de señales en tiempo real en sistemas
de distribución.
Para las subestaciones de una industria pequeña o mediana, para cargas residenciales densas y edificios de varios pisos de alto, las perturbaciones de calidad de energía suelen medirse en un rango de tiempo corto, de una semana a un mes, en el que el comportamiento de la demanda constituya una muestra que represente la población de los problemas durante todo el año. El cumplir este propósito ha llevado a los fabricantes de equipos de medición y monitoreo de calidad de energía a ofrecer los analizadores portátiles por sus características como el tamaño y las ventajas de diseño que les permiten ser instalados con rapidez, facilidad y sin modificar las conexiones eléctricas entre los buses de la subestación y la carga. El carácter de portabilidad de esta tecnología, aunada al
143
novedoso método de utilización ha llevado al usuario final del servicio eléctrico a preferir contratar un servicio de monitoreo y supervisión de calidad de energía con los fabricantes de los equipos de medición u otras compañías intermediarias especializadas en este campo. Un claro ejemplo de la versatilidad de la tecnología de fácil instalación se observa en la figura 4.7, la cual muestra un analizador portátil con facilidades para la conexión y observación a través de pantalla LCD.
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O H C E DER
S O D VA
Figura 4.7. Analizador Fluke 434 en operación (Fluke, 2006)
Por otro lado, existe la necesidad de monitorear sistemas de distribución amplios como la red de distribución de una subestación con cargas comerciales y residenciales, en un sector de la ciudad, y otras desde donde se alimenta una carga industrial grande o pesada. Para este propósito se diseñan redes de monitoreo que consisten en la instalación permanente (o por un período largo, abarcando varios meses) de un registrador en cada tablero de medición de cada subestación, como lo muestra la figura 4.8.
144
Figura 4.8. Registrador Fluke 1744 instalado en tablero de una subestación (Fluke, 2006)
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Además se precisan centrales de medida que recopilan esta información para ser
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dirigida al servidor que sirve de interfaz de supervisión de la energía en los
O H C E registradores ofrecida DERpor Schneider.
diferentes puntos de medición. La figura 4.9 muestra la ubicación típica de los
Figura 4.9. Ubicación típica de registradores de calidad de energía (Schneider Electric)
145
Las centrales de medida pueden recolectar las diferentes mediciones en tiempo real, y son conectadas a los relés de protección o al registrador. La figura 4.10 corresponde a una central de medida.
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Figura 4.10. Central de medida modelo Pm200 (Schneider Electric)
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Las centrales de medida pueden redirigir las mediciones al sistema de transmisión
O H C E DER de la industria o por una empresa encargada de la ingenieros especializados
de datos a un centro de monitoreo, el cual puede ser supervisado por los supervisión de varias subestaciones de distribución en una ciudad
Los fabricantes de soluciones tecnológicas suelen publicar sus productos mediante catálogos y páginas web, por ello en esta investigación se analizó la arquitectura utilizada por Schneider Electric, en cuanto a los modelos de equipos, la ubicación de los mismos y la forma como se implementa la plataforma de comunicación. En la figura 4.11 se muestran dos tipos de conexión, una corresponde a una pasarela mediante servidor web y la otra a un enlace serie mediante Modbus RS485, ambas dirigidas a una sola plataforma de comunicación que permite a los usuarios el acceso remoto, a través de un computador, a los datos medidos. En esta figura se aprecia el medidor de calidad de energía (ION6200), la central de medida (PM800), la unidad de control (Micrologic) y el relé de protección (Sepam); también se observa las pasarelas EGX300 y EGX100.
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Figura 4.11. Arquitectura ofrecida por Schneider Electric (Schneider Electric)
4.4.
Aplicación de técnicas de registro para la supervisión en tiempo real
de la calidad de energía.
Las técnicas empleadas en los últimos años para el seguimiento de tendencias son: registro de intervalo fijo, registro de valores máximo, mínimo y promedio, compresión automática del tiempo, TrendPlot, registro de eventos, captura de la forma de onda de transitorio, registro "full disclosure". Cada una de ellas está explicada en la sección 2.2.6 del capítulo II. Cabe destacar que al momento de evaluar, en tiempo real, la calidad de energía eléctrica ésta se registra en varias situaciones generales.
A continuación se mencionan algunas aplicaciones más comunes.
147
4.4.1. Resolución de problemas con análisis a corto o largo plazo
La resolución de fallos intermitentes es un reto. Cuando un equipo falla o se reinicia misteriosamente, es tentador cambiar simplemente de equipo o restablecer un disyuntor y esperar lo mejor. Para equipos en los que los tiempos de parada suponen un gran costo, el riesgo de un fallo repetido es demasiado grande para confiar en un arreglo rápido.
La supervisión de la calidad eléctrica después de volver a poner en marcha el equipo, reducirá el número de fallos repetidos y descartará problemas de calidad eléctrica si el fallo vuelve a ocurrir.
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ER S E En este caso se debe conectar el registrador S R cerca de la "carga víctima" es decir, O H el equipo que está experimentando problemas. De esta forma, el registrador "verá" EC R E D lo que la carga "ve". Al momento de registrar, se deben realizar varias mediciones puntuales para comprobar lo siguiente:
Nivel de tensión correcto.
Forma de onda de tensión senoidal limpia.
Equilibrio de las fases, en caso de que la carga sea trifásica.
Corriente que consume la carga.
Seguidamente se determina qué se registrará; según sea el caso se tiene que decidir que técnica de registro se debe utilizar, optar por un seguimiento de tendencias o buscar transitorios. Para estos casos, existen diversos fabricantes que ofrecen las herramientas necesarias para el registro de calidad de energía
148
eléctrica. Fluke por ejemplo ofrece una serie de herramientas para casi cualquier aplicación.
En algunos casos, una combinación de herramientas es mejor. Una opción puede ser utilizar el Fluke434 de la figura 4.12 para una rápida resolución de problemas y el seguimiento a corto plazo; o para el seguimiento a largo plazo seleccionar el PowerRecorderFluke 1750 mostrado en la figura 4.13.
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Figura 4.12. Analizador modelo 434 (Fluke)
Figura 4.13. PowerRecorder 1750 (Fluke)
149
4.4.2. Estudios de cargas, estudios de calidad eléctrica y puesta en marcha.
Estos tipos de registro se llevan a cabo generalmente para evaluar la energía eléctrica antes de la instalación o funcionamiento del equipo.
El estudio de cargas se realiza para determinar las cargas existentes en un sistema, antes de añadir nuevas cargas mediante la técnica de registro de valores máximo, mínimo y promedio mencionada en la sección 2.2.6.3.
Además de satisfacer los requisitos de las autoridades, el tomar registros antes de
S O D A sistema posteriormente con la técnica de registro R deV intervalo fijo aludida en la E ES R sección 2.2.6.2. S O H C E DER realizar modificaciones significativas en el sistema puede ayudar a depurar el
Los estudios de calidad eléctrica y de puesta en marcha intentan comprobar si el estado de la instalación se encuentra dentro de los rangos permitidos y funcionando correctamente. La estrategia en estas aplicaciones es tener una visión general y registrar lo máximo posible mediante la técnica de registro "Full Disclosure" señalada en la sección 2.2.6.7
La mejor opción en estos casos es registrar las tendencias de la tensión, la corriente y la potencia con la técnica , los transitorios haciendo uso de la técnica de captura de la forma de onda de transitorio indicada en la sección 2.2.6.6 y los eventos con la técnica de registro de eventos mencionada en la sección 2.2.6.5.
150
4.5.
Comparación de soluciones de últimas tecno ologías pa ara monito oreo de
calid dad de energía eléc ctrica.
A co ontinuación n se expon ndrán las característticas más importante es de los equipos de medición, m tomados como mu uestra en esta invesstigación, para el posterior p análisis compa arativo.
A AEMC ins struments:: Modelo PowerPad® P ® Jr Modello 8230
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Fiigura 4.14. PowerPad dJr Modelo 8230 (AEM MC Instrum ments)
El PowerPadJr Modelo 8230 8 (figurra 4.14), es un analizzador de ccalidad de energía elécttrica mono ofásico fáciil de manejjar, compa acto y resisstente a go olpes.
151
Características:
Mediciones hasta 660 Vrms o Vdc. Mediciones hasta 6500AAC o 1400Adc (dependiendo de la sonda). Muestra valores: mínimo, máximo y promedio de Voltios y Amperios, factor de cresta, valor de pico y factor-K. Calcula y muestra Watts, factor de potencia, VARs, kWh, y VA. Muestra la distorsión total de los armónicos (THD-F y THD-R) para voltaje y corriente. Los armónicos individuales de Voltios y Amperios son mostrados en magnitud
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y % hasta el 50º armónico.
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Captura, muestra y almacena formas de onda y estadística de corriente de irrupción (Inrush).
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O H C E ERocho AlmacenaD hasta capturas de pantalla.
Muestra y registra hasta 17 parámetros de calidad de energía diferentes.
Almacena hasta 1MB de datos de tendencia (trend) registrados. Captura hasta 4096 eventos de alarma, utilizando hasta 10 diferentes umbrales (thresholds). Configurable desde el programa DataView o desde el panel frontal. Descarga datos almacenados para el programa DataView mediante puerto óptico USB con aislamiento.
En el lado izquierdo de la figura 4.15 se observa la facilidad de seleccionar y configurar todo el sistema de configuración de funciones, en el caso ilustrado se encuentra seleccionada la configuración monofásica. En el lado derecho se indica como seleccionar rápidamente los parámetros que se registran.
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Figura 4.15. Pantalla de configuración PowerPadJr Modelo 8230
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O H C E irrupción (inrush).EEn D R el lado derecho muestra en tiempo real los registros de En el lado izquierdo de la figura 4.16 se muestra formas de onda de corriente de tendencia de Vrms en las 3 fases.
Figura 4.16. Pantalla de modo de interrupción y tendencia PowerPadJr Modelo 8230
153
La figura 4.17 muestra formas de onda de voltaje, corriente y estadísticas, datos min/max, ypotencia. Así como el contenido de armónicos para el 50º para voltios, amperios y potencia incluyendo dirección.
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O H C E R E D Figura 4.17. Pantalla de Modo de forma de onda y Modo armonicoPowerPadJr Modelo 8230
El software utilizado para la transmisión de datos por este equipo de medición es el DataView. La configuración de todas las funciones en el Modelo 8230 son fáciles gracias a ese programa. Los informes se pueden ver en una PC e imprimirlos. Cada informe incluye todos los resultados de las pruebas en un formato gráfico y de cuadro, así como la información del usuario y de la localización de las pruebas. En las figuras 4.18 y 4.19 se muestran ventanas de configuración y condiciones de alarmas. En la figura 4.20 se muestran resultados después de configurar.
154
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ER S E Figura 4.18. Configuración: modo setup con DataView en Windows XP SR O H EC R E D
Figura 4.19. Configuración: modo condición de alarma con DataView en Windows XP
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Figura 4.20. Resultados con DataView en Windows XP
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EATON: PowerXpert Meter 8000
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O H C RE E D principales y mejoras necesarias
El medidor PowerXpert8000 mostrado en la figura 4.21 proporciona todas las funciones
para monitorear el consumo de
energía y la calidad de la energía. Este se puede usar en diversas aplicaciones, entre ellas la administración de energía, el monitoreo de la carga de circuito y la identificación de problemas de calidad de la energía.
Figura 4.21. PowerXpert Meter 8000
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Las figuras 4.22 y 4.23 muestran una breve descripción física del medidor PowerXpert 8000.
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Figura 4.22. Descripción física frontal PowerXpert Meter 8000
Figura 4.23. Descripción física posterior PowerXpert Meter 8000
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Características:
El servidor web incorporado permite que los usuario vean y analicen directamente formas de onda, tendencias y armónicos en un navegador web o en una pantalla LCD gráfica del medidor. (figura 4.24).
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Figura 4.24. Navegador Web Perfil PowerXpert Meter
Evalúa la actividad del circuito a velocidades de muestreo extremadamente altas (hasta 100.000 muestras por ciclo),para detectar con precisión transitorios rápidos que los monitores de generaciones anteriores no podrían detectar.
Capacidad de registro de eventos y sincronización de tiempo de hasta 1 milisegundo para la secuencia de análisis de eventos.
La configuración automática del activador y análisis de la calidad de la energía con curva de rendimiento integrada del Consejo Industrial de Tecnología Informática (InformationTechnologyIndustry Council, ITIC) detecta y captura caídas, aumentos, transitorios y fluctuaciones de voltaje. (figura 4.25)
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Figura 4.25.Navegador Web Perfil ITIC PowerXpert Meter
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O H C RE muestras por ciclo. Eso es una muestra cada 166 muestreo D a 6E MHz-100.000 Este medidor tiene la capacidad de capturar los transitorios muy rápidos por
nanosegundos y seis muestras de cada millonésima de segundo, a través de
tres canales de entrada, así como de neutro a tierra. Además, el medidor tiene una capacidad de 8 GB para el almacenamiento de datos.
Los patrones de uso de energía se pueden analizar sin esfuerzo con el gráfico de comparación de mes a mes y de semana a semana.
La asistencia técnica las 24 horas del día, los siete días de la semana, y el monitoreo continuo con un medidor instalado permanentemente reduce el costo de monitoreo de la calidad de la energía.
Los protocolos de comunicación estándares de la industria son compatibles con las más diversas configuraciones y software de otros fabricantes: HTTP, FTP, Modbus RTU, Modbus TCP, SNMP, SMTP, NTP, COMTRADE.
Notificaciones de alarma disponibles de forma remota a través de email.
Analiza posibles desequilibrios en sistemas trifásicos.
Permite revisar el nivel de distorsión armónica total directamente en el medidor
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Fluke: Registrador Trifasico 1750.
Este medidor de calidad eléctrica registra automáticamente todos los eventos y parámetros de calidad eléctrica, en todos los ciclos y en todo momento.Se puede apreciar en la figura 4.26. la plataforma de comunicación y acceso a todos los parámetros medidos por el registrador, que son visualizados a través del software en Power View en la PDA ARCHOS 43 Internet Tablet y a través de una PC con el software PowerAnalyze.
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Figura 4.26. Plataforma comunicacional de Fluke 1750
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Características:
Todas las medidas cumplen con las normativas IEC61000-4-30 para la correcta evaluación de todos los valores medidos, como son: tensión, corriente, energía, armónicos, parpadeo "flicker", etc. Configuración rápida y fiable a través de internet inalámbrico con la tableta táctil ARCHOS 43.La figura 4.27 muestra lo que el instrumento registra mediante el software Power View.
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Figura 4.27. Pantalla de mediciones numéricas y forma de onda de las fases en Power View con fluke 1750
Configuración
sin
umbrales:
recopilar
los
datos
con
el
software
FlukePowerAnalyze, evita la pérdida de información debida a configuraciones incorrectas. Captura todo: el disparo por corriente y los canales cruzados permiten la captura de todas las medidas, en todos los canales y en todo momento. En la figura 4.28 se muestran todos los eventos registrados en un rango de tiempo.
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Figura 4.28. Registro de eventos utilizando Timeplot de referencia de V, A y Frecuencia con fluke 1750
Software intuitivo para PC: fácil análisis de datos y generación de informes con
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la función de informes automatizada que cumple con la normativa EN50160. Plug and play: configuración rápida con sondas de corriente de identificación
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automática y conexiones de tensión con cables individuales.
O H C ERE no sean correctas. En la figura 4.29 se muestra la cuando las Dconexiones
Admite cambio de canales internamente con la PDA inalámbrica o el PC pantalla donde se permite intercambiar canales de corriente.
Figura 4.29. Pantalla de las casillas para invertir cualquier sonda de corriente con fluke 1750
162
Mide todos los parámetros: tensión y corriente en las tres fases, el neutro y tierra. Captura de transitorios de hasta 5 MHz, 8000 Vpico: obtiene una imagen detallada incluso de los eventos de más corta duración. Recupera datos rápidamente: con la tarjeta de memoria SD incluida o por medio de la conexión Ethernet de alta velocidad.
Schneider Electric: Power Logic ION8650.
Se utiliza para monitorizar redes de proveedores de energía eléctrica, clientes del
S O D en la figura 4.30 son ideales para productores independientes VA de energía eléctrica R E ES medir con precisión la energía y aplicaciones de cogeneración que necesitan R S O H bidireccionalmente. C E DER servicio eléctrico y subestaciones. Los medidores PowerLogic ION8650 mostrados
Figura 4.30. PowerLogic ION8650
163
Características:
Permite a las empresas gestionar los contratos de suministro de energía complejos que incluyen compromisos con la calidad de la energía. Mide todos los parámetros de calidad de energía. Calcula y muestra Watts, factor de potencia, VARs, kWh, y VA. Modem interno y ethernet para las comunicaciones. Puede ser manejado y configurado a distancia debido a su conectividad con servidor web como se muestra en la figura 4.31.
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Figura 4.31. Servidor web por PowerLogic ION Enterprise
Captura de transitorios de hasta 17 s. En la figura 4.32 se indica la que muestra las mediciones de armónicos y los parámetros que describen las fases.
Figura 4.32. Pantalla LCD del dispositivo fijo del equipo PowerLogicION8650
164
Los armónicos individuales de Voltios y Amperios son mostrados en magnitud y % hasta el 63º armónico muestra la distorsión total de los armónicos (THD-F y THD-R) para voltaje y corriente. Puede ser integrado tanto con el software de PowerLogic ION Enterprise de la figura 4.33, como con un sistema SCADA. La figura 4.34 es un ejemplo de arquitectura que emplea este registrador.
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Figura 4.33. Monitoreo y control con PowerLogic ION Enterprise
Figura 4.34.Arquitectura Power Logic ION Schneider Electric
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Captura de tendencias: el modo de registro de tendencias es mediante el software PowerLogic y depende de la capacidad de almacenamiento de la PC empleada para el análisis de las mismas. En la figura 4.35 se muestran eventos registrados en un rango de tiempo, se incluye: distorsión total de armónicos de voltaje y de corriente, niveles de voltajes de línea a línea de forma individual y desbalance entre fases.
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Figura 4.35. Registro de tendencias mediante Software PowerLogic
Luego de mostrar las características de algunos modelos ofrecidos por fabricantes para la medición de calidad de energía, seguidamente en la tabla 4.6 se presenta un
análisis
comparativo
entre
los
modelos
tecnológicos
anteriormente
mencionados, tomando en consideración aspectos relacionados con: instalación de los equipos, modo de transmisión de datos, modo de registro y almacenamiento de datos, capacidad de memoria, interfaz con el usuario, informe de salida, alimentación de energía, frecuencia de muestreo, armónicos, disponibilidad a nivel nacional e internacional.
166 Tabla 4.6. Comparación de los modelos empleados para monitoreo de calidad de energía eléctrica de diferentes fabricantes Fluke
AEMC MODELOS
Registrador
instruments
Trifasico
8230
- Portátil
1750
Instalación de los
- Fácil de instalar
equipos
- Uso a corto y
-Portátil -Fácil de instalar
mediano plazo
-Uso a largo plazo
Modo de transmisión de datos
ECH
DER Modo de registro y almacenamiento de
memoria Interfaz con el usuario
Informe de salida
PowerXpert Meter
Serie ION 8650
8000
-Permanente
-Permanente
-Dificultad media de
-Dificultad media de
instalación
instalación
-Uso a largo plazo
-Uso a largo plazo
- Puerto Infrarrojo
- Modbus TCP
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- RS-485 Modbus
-Comunicación con
directa
- RS-232 Modbus
servidor Web
-Tarjeta de Memoria
- Puerto Ethernet
-Alarma y data
SD Flash
(Modbus/TCP/
periódica via
-Comunicación por
Protocolo IP)
E-mail
radiofrecuencia con
- Comunicación con
- RS-485 Modbus
PDA
servidor Web
Puerto RTU
- Puerto IRIG-B
- RS-232 Modbus
-Memoria interna
-Memoria interna
128MB
8GB
-Conexión con PC
-PC vía Ethernet
-Servidor web
-Servidor web
-Pantalla del equipo
-Pantalla del equipo
R ESE
-Memoria interna Memoria interna
datos Capacidad de
EATON
Electric
-Conexión Ethernet
OS R
Vía puerto USB
Schneider
-Tarjeta de Memoria SD Flash extraíble
1.5MB
2GB
Pantalla del
-PDA Tablet
equipo LCD y PC
-PC vía Ethernet
Programa
Programa
Programa
Programa
DataView
PowerAnalyze
ION Enterprise
PowerXpert
Batería Alimentación de
recargable y
Alimentación
Alimentación
Alimentación
energía
Alimentación
120/240VAC
120-277VAC
24-48 VDC
120/240VAC Frecuencia de
256
256
muestreo
muestras/ciclo
muestras/ciclo
Armónicos
50°
50°
Disponibilidad a nivel nacional e internacional
Internacional
Nacional e Internacional
1024 muestras/ciclo
100.000 muestras/ciclo
63°
127°
Internacional
Internacional
167
Como puede observarse en la tabla 4.6, todos los modelos de medidores considerados proveen soluciones muy innovadoras para un monitoreo confiable y efectivo de los parámetros de calidad de energía y las señales de potencia, mostrando así una gran frecuencia de muestreo a la hora de representar los eventos de más corta duración y con mayor información de los mismos. Dentro de la muestra estudiada en la presente investigación se destacan los fabricantes Schneider Electric y EATON con sus medidores Serie ION 8650 y PowerXpert Meter 8000, quienes brindan en la industria la mayor confiabilidad, precisión y diversidad en la plataforma de comunicación, trasmisión y análisis de los datos obtenidos durante su registro en tiempo real. Cabe destacar que estos medidores ofrecen soluciones no solo en el ámbito de medición y monitoreo de calidad de
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energía, sino también, en otros servicios como la facturación del consumo eléctrico de los clientes asociados.
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O H C REla tendencia de mejora de estos equipos de medición va Con el pasar del E D tiempo, dirigida a brindar cada vez más rapidezde transmisión de datos, acceso más
simplificado y completo a los usuarios, lo cual permite una mayor compatibilidad con las nuevas tecnologías, sistemas SCADA, y liberados para vincularse con los avances de comunicación que en el mercado avanzan con celeridad.
4.6. Comparación de experiencias obtenidas aplicando soluciones para monitoreo de calidad de energía.
Por último se requiere estudiar y comparar experiencias en el ámbito nacional e internacional acerca de la aplicación de las soluciones para monitoreo de calidad de energía.
168
En esta sección solo se muestran 2 casos internacionales, debido a que los fabricantes de los equipos de medición estudiados no ofrecían casos de estudio en Venezuela, además de que no se encontró ningún estudio de calidad de energía donde se utilizaran soluciones de última tecnología en empresas Venezolanas. Entre las características a comparar se encuentran el tipo de carga en cada experiencia, el modelo de medidor, la plataforma de medición empleada y la duración de cada estudio.
4.6.1. CASO: Jacksonville Electric Authority (JEA), Florida, U.S.A.
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Las características más relevantes del sistema eléctrico de JEA son las siguientes:
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O H C RE DE de América, sirve 417.000 clientes en Jacksonville y parte de tres condados
La compañía eléctrica está ubicada en el estado Florida, de Estados Unidos
adyacentes.
JEA posee y opera tres plantas de generación y todas las instalaciones de transmisión y distribución. Es co-propietaria de dos plantas de energía adicionales con Florida Power& Light, y de la unidad cuatro de la planta eléctricaScherer ubicada al norte de Macon, Georgia. Tiene la capacidad de generación neta de más de 2.300 MW. Los sistemas de agua y alcantarillado son también parte de su oferta de servicios de utilidad.
En todas las subestación de distribución, un dispositivo utiliza el protocolo DNP3.0 sobre ethernet para comunicarse con el SCADA al tiempo que permite una conexión de módem con el software de facturación, posee una conexión de servicio general de paquetes vía radio(GPRS) para el software de análisis de calidad de energía, y servir como puerta de entrada para el SCADA para controlar dispositivos locales con más de una conexión en serie.
169
4.6.1.1. Características del sistema de supervisión de calidad de energía instalado
El sistema de análisis de energía incluye actualmente 17 medidores avanzados de calidad de energía en las obras de generación, 73 en subestaciones de transmisión y distribución y 92 en clientes industriales importantes. Los medidores utilizados son dispositivos ION7650 o ION8650 proporcionados
por
Schneider
Electric.
Los
medidores
rastrean
las
condiciones de calidad de energía y controlan el desempeño de los equipos, incluyendo relés y transformadores. Todo los datos históricos se cargan automáticamente en tiempo real a través de módems, ethernet o enlaces
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inalámbricos a un conjunto de servidores en una central de datos. Los
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medidores también se conectan directamente con el sistema SCADA
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instalado.La arquitectura del sistema se muestra en la figura 4.36.
Figura 4.36. Arquitectura de un sistema de monitoreo de calidad de la energía abierto
170
El personal de JEA recibe acceso local y remoto, habilitado para la web a los datos, incluyendo 80 informes estandarizados delíndice del promedio de la variación de la frecuencia en RMS del sistema (SARFI) que resumen periódicamente todos los eventos en el sistema. Extensas herramientas de análisis de datos son utilizadas por el grupo deanálisis de sistemas para ayudar a revelar y abordar cualquier problema de calidad de la energía a lo largo de la red de transmisión y distribución. En la figura 4.37 se muestra la plataforma del software que permite el acceso remoto a los usuarios mediante la web.
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Figura 4.37. Plataforma del software del sistema de monitoreo de calidad de potencia y sus comunicaciones
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JEA ofrece informes mensuales de calidad de energía a los clientes como un servicio de valor añadido.
JEA decidió instalar una amplia solución en el área de monitoreo de calidad de energía para asegurarse de que estaban entregando la energía limpia necesaria para una economía del siglo XXI. Inicialmente, el sistema consistía sólo de la recopilación de datos de un software que permitía la visualización y el análisis de formas de onda y datos. Existían informes pero el sistema estaba restringido a un solo proveedor. El uso del sistema se limitaba a vigilar el cumplimiento de la calidad del suministro y el análisis posterior de los problemas.
S O D Como JEA quería traer datos de múltiples fuentes del sistema y para no estar VA R E ES o un medio de comunicación se atado a un proveedor de hardware, un R protocolo, S O se requería que el sistema facilitara vistas H inclinó por una plataforma "abierta", C E ERde configurables D a través Internet para permitir a los usuarios ver los datos de una manera que les ayude a tomar decisiones. Estos cuadros de mando deben incluir la capacidad de ver los datos en una vista geográfica, a través de la web, para ejecutar informes definidos por el usuario, clasificar los datos de eventos y realizar análisis.
4.6.1.2. Resultados obtenidos
Al revisar los registros individuales antes de la implementación del nuevo sistema de software, ingenieros de JEA reconocieron una anomalía que requirió mayor investigación. En la subestación de Northshore, el medidor asociado al Transformador 1 indicó una pérdida de corriente en una fase durante menos de un ciclo. La anomalía se produjo varias veces por día. La figura 4.38 muestra las formas de onda registradas para voltaje y corriente en la fase 3.
172
S O D A en la fase C (Lance, Figura. 4.38. Formas de onda de capturadas mostrando Vfalla R E 2011) ES R S O H C RE E D Un análisis más detallado mostró que este evento se repitió durante los días que el ingeniero supervisó la situación, lo que aumentó el nivel daño ocasionado. Una parada de mantenimiento fue programada y técnicos fueron enviados a investigar la causa de la anomalía. Cuando los técnicos inspeccionaron el cambiador de tomas bajo carga deltransformador 1, descubrieron un pin que estaba cortado y causando la formación de arco durante el recorrido del cambiador de tomas bajo carga. Los técnicos informaron que el transformador se habría destruido en un plazo de dos semanas si el arco no se habría detectado y corregido.
Después de instalar el nuevo sistema, JEA configuró el software para reconocer y alertar en cualquier momento que se detecte algún problema de calidad de energía. Desde entonces, otros 3 casos se han detectado y la alarma automáticallevó a la prevención del daño de 3 grandes transformadores de potencia. JEA estimó el costo de daño evitado en esos transformadores en $ 4.000.000.
173
4.6.2. CASO: Fabricante de farmacéuticos en U.S.A., Con PowerXpert de EATON.
Una empresa fabricante de farmacéuticos (figura 4.39) ubicada en Estados Unidos de América, luego de usar filtros de armónicos en su sistema eléctrico siguió presentando problemas de calidad de energía, además el almacén tenía problemas con cada una de las fases del servicio proveniente de la compañía eléctrica. Debido a esto llamó a la empresa EATON al lugar para investigar los problemas de calidad de energía, pero cuando llegó el personal técnico de
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evaluación representante de EATON, el evento había pasado y no había ningún registro de ello.
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Figura 4.39. Fabricante farmacéutico en U.S.A. con PowerXpert de EATON
EATON sugirió a la empresa farmacéutica que la actualización a PowerXpert proporcionaría información sobre los eventos. La empresa accedió a eliminar algunos de los equipos automáticos de filtración de armónicos y comprar el sistema de monitoreo PowerNet de EATON, que le permitía conectar todos los medidores en una sola plataforma, así como supervisar y gestionar los datos recogidos.TambiénEATON proporcionó a la empresa los servicios de su centro de respuesta inmediata (CRI), que permitió supervisar el sistema, de esta manera
174
cuando un medidor activó la alarma que indica eventos de calidad de energía o las perturbaciones de tensión, se notificó al personal de CRI y ellos, a su vez, notificaron al personal de la empresa farmacéutica.
4.6.2.1. Resultados obtenidos
Con la instalación del nuevo software se resolvieron todos los problemas de comunicación. Luego de que el sistema estaba en funcionamiento, el personal de CRI recibió numerosas alarmas identificando graves problemas debido a que los medidores identificaron varios eventos de calidad de potencia y armónicos.
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Cuando el cliente vio la eficacia del sistema de medición y seguimiento, se decidió
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ampliar el sistema para incluir una serie de medidores de la serie PowerXpert
O H C RE4.40). monitoreo EATON DE(figura
8000 en su planta de almacenamiento remoto y así completar la arquitectura de
175 Figura 4.40. Arquitectura de un sistema de monitoreo de calidad de la energía ofrecido comercialmente por EATON
Al añadir los medidores PowerXpert 8000 del fabricante EATON no sólo fue capaz de ver las condiciones de su sistema de gestión, sino que también pudo obtener información de tendencias de eventos registrados por el sistema de supervisión.
La empresa farmacéutica informó que PowerXpert es una gran herramienta que les permite mantener la productividad. Dado que el sistema de monitoreo proporciona datos históricos, donde el personal encargado del mantenimiento eléctrico en la empresa puede determinar con precisión cuando se puede añadir una carga extra. En el caso de que una subestación requiera ser puesta fuera de
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servicio para el mantenimiento, el sistema suministra a la compañía una forma de alimentar cargas desde otro lugar.
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O H C ERE La compañía D también ha utilizado el sistema para balancear cargas cuando se
añaden nuevos equipos. Al observar el sistema de monitoreo también puede determinar si un circuito tiene la capacidad necesaria.
Luego de mostrar las experiencias obtenidas aplicando soluciones de última tecnología para la medición de calidad de energía, seguidamente en la tabla 4.7 se presenta un análisis comparativo entre los casos estudiados, tomando en consideración aspectos relacionados con: modelos de medidor, instalación de los equipos, tipo de carga, plataforma de comunicación, arquitectura de recolección de datos, compatibilidad con otras plataformas de otros fabricantes, tendencia del sistema de monitoreo, problemas encontrados, y beneficios obtenidos.
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Tabla 4.7. Comparación de experiencias obtenidas por la aplicación de soluciones de última tecnología ofrecidas por Schneider Electric y EATON Jacksonville Electric Authority, Florida,
Fabricante farmacéuticos
Estados Unidos
Estados Unidos
EXPERIENCIAS Modelos de medidor Instalación de los equipos
Schneider Electric
EATON
Serie ION8650
PowerXpert Meter 8000
Permanente
Permanente
Tipo de carga
Red de generación, transmisión y distribución
Plataforma de
Programa
comunicación EXPERIENCIAS Arquitectura de
Carga industrial Programa
S O D VA
ION Enterprise Jacksonville Electric Authority, Florida,
PowerXpert
R
SE E R S
Estados Unidos
O H C E
Envío de historial de datos al centro de
análisis de JEA e informes periódicamente a
DER
recolección de datos
Red de distribución
Fabricante farmacéuticos Estados Unidos
Envío de historial de datos al centro de respuesta inmediata de EATON
los clientes
Compatibilidad con
Sistema SCADA y otros fabricantes de
Sistema compatible con otros fabricantes
otras plataformas de
medidores para el monitoreo y análisis de la
de medidores para el monitoreo y análisis
otros fabricantes
calidad de energía
de la calidad de energía
Tendencia del sistema
Aplicación abierta a la compatibilidad con
Aplicación abierta a la compatibilidad con
de monitoreo
nuevas tecnologías y fácil actualización En la subestación de Northshore el medidor asociado al transformador 1 mostrando una pérdida de corriente en una fase durante
Problemasencontrado s
menos de un ciclo Se detectaron 3 casos adicionales y la alarma automática llevo a la prevención del dañode 3 grandes transformadores de potencia. JEA estima el costo de daño evitado de los 3 transformadores salvados en 4.000.000$ Mantener el equilibrio de la calidad, la
Beneficios obtenidos
confiabilidad y la eficiencia. Herramientas de análisis instaladas son
nuevas tecnologías y fácil actualización El personal de CRI de EATON recibió numerosas
alarmas
identificando
graves problemas debido a que los medidores identificaron varios eventos de calidad de potencia y armónicos Se
identificaron
varios
eventos
de
calidad de potencia y armónicos luego de la implementación de los medidores PowerXpert La compañía utilizo el sistema de PowerXpert
para balancear cargas al
momento de añadir nuevos equipos. En el caso de que una subestación requiera ser puesta fuera de servicio
utilizadas por el grupo de análisis de
para
sistemas para ayudar a revelar y abordar
proporciona a la compañía una forma
el
mantenimiento
el
sistema
cualquier problema de calidad de la energía
de alimentar cargas desde otro lugar.
177 a lo largo de la red de transmisión y
El sistema de monitoreo en tiempo real
distribución.
PowerXpert permite a la empresa poder
Equipos de medición ayudan al cálculo
capturar eventos que un sistema de
del consumo eléctrico y facturación.
medición por sí solo no podía capturar
Luego de haber estudiado las experiencias obtenidas por la aplicación de las soluciones de última tecnología, ofrecidas por fabricantes, se puede notar como tanto Jacksonville Electric Authority y el fabricante de farmacéuticos fueron beneficiados en la resolución de muchos problemas de calidad de energía eléctrica en sus instalaciones. Estas empresas ahora pueden capturar eventos de calidad de energía con facilidad, de manera rápida, segura, confiable y efectiva. Para ambos no sólo ha demostrado ser una solución rentable, ya que es actualizable, sino también porque les ayuda a garantizar que sus instalaciones
S O D esa manera continuar un servicio completo y sin interrupciones. VA R E ES R S O H C E para medir y supervisar parámetros indicativos de Muchos métodos se ERutilizan D calidad de energía, con el propósito de garantizar la continuidad y el correcto cuenten con la energía limpia que es crítica para mantener su productividad y de
funcionamiento del sistema. Los fabricantes de analizadores y registradores de calidad de energía ofrecen en la actualidad equipos de última generación que aportan grandes beneficios para la supervisión y monitoreo. Estos fabricantes están enfocados en el aumento de la cantidad de parámetros medidos, el número de las muestras por ciclo, la capacidad de almacenamiento de datos, aumento en los indicadores de calidad de energía suministrados, además de innovar en la flexibilidad de las plataformas de comunicación con una compatibilidad muy amplia, permitiendo la simplificación y el incremento en la velocidad de transmisión de datos, y a su vez garantizando las labores de supervisión permanente en tiempo real de la calidad de energía.
178
CONCLUSIONES
El estudio del comportamiento de las perturbaciones típicas que afectan a las redes de distribución eléctrica fue vital en esta investigación, ya que permitió identificar que los problemas más comunes se relacionan con: huecos de tensión, armónicos, sobretensiones, fluctuaciones rápidas de tensión, transitorios y desequilibrios. Estas perturbaciones son señaladas en la literatura y en los resultados de los informes de calidad de energía de los casos estudiados, indicados en la sección 4.1.
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R
SE E R S
Los parámetros eléctricos que se utilizan para caracterizar este tipo de
O H C ERdeEla corriente, la duración y repetición del evento, el punto del voltajeD como
problemas están enfocados en la magnitud, forma de onda y frecuencia, tanto del sistema eléctrico en donde se evidencia el mayor impacto de la perturbación, el contenido espectral, entre otros.
El conocimiento y estudio de diversas normas internacionales (IEEE Std. 1159-1995 y IEC/EN61000-4-7) fue vital para identificar los límites permitidos de las perturbaciones de calidad de energía, a fin de no afectar el funcionamiento de los equipos eléctricos presentes en la red de distribución atendiendo su nivel de sensibilidad y criticidad.
Las técnicas de medición de la calidad de energía eléctrica se fundamentan en ecuaciones sencillas configuradas en el software del sistema de monitoreo, en su mayoría expresadas en series matemáticas que involucran cálculos de valor verdadero eficaz de la tensión y la corriente, potencia activa, potencia
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aparente, potencia de distorsión por intervalo y por fase, factor de potencia total en las tres fases, entre otros. Los factores que deben considerarse al momento de realizar mediciones de calidad de energía eléctrica son: parámetros a medir, lugar de medición (fases, neutro), tiempo de duración de la medición, frecuencia de medición, relaciones indicativas calculadas a partir de mediciones, valores indicativos (max, min o promedio), entre otros.
Las técnicas empleadas actualmente para la supervisión de la calidad de energíapor los modelos registradores son: el registro de intervalo fijo, registro de valores (máximo, mínimo y promedio), compresión automática del tiempo, trendplot, y registro de eventos.
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ER S E monitoreo confiable y efectivo de S losRparámetros de calidad de energía y las O H EC señales de potencia. La tendencia tecnológica ha sido dirigida en los últimos R E D años a aumentar la frecuencia de muestro por ciclo de los equipos a la hora de
Todos los medidores estudiados proveen soluciones muy innovadoras para un
representar los eventos de más corta duración y con mayor información de los mismos.
El estudio minucioso de cuatro (04) equipos de medición de última tecnología (AEMC instruments 8230, Fluke Registrador Trifasico 1750, Schneider Electric Serie ION 8650, EATON PowerXpert Meter 8000), reflejó que los fabricantes Schneider Electric y EATON, con sus medidores Serie ION 8650 y PowerXpert Meter 8000, respectivamente, son los que ofrecen mayores ventajas; ya que ambos poseen frecuencia de muestro mayor a 1024 muestras/ciclo y una gran diversidad en cuanto a la plataforma de comunicación, con lo cual su confiabilidad en el mercado es mayor al resto de los medidores ofrecidos por otros fabricantes.
180
En la actualidad los medidores y analizadores no se limitan solo al monitoreo de calidad de energía. También ofrecen soluciones más amplias, como: facturación de consumo eléctrico de los clientes asociados, versatilidad para la prevención, mantenimiento y ejecución de procesos en la red de transmisión y distribución eléctrica, supervisión de carga del circuito, identificación del consumo excesivo de energía, entre otros.
En las experiencias analizadas, obtenidas por la aplicación de las soluciones de última tecnología, como son los casos de la empresa Jacksonville Electric Authority (JEA) y un fabricante de farmacéuticos, se encontraron beneficios técnicos y económicos derivados de la instalación de equipos de monitoreo y
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medición. Particularmente, JEA reportó ahorro en más de $ 4.000.000 debido
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a la prevención del daño de 3 grandes transformadores; el fabricante de
O H C E armónicos y desequilibrio. DER
farmacéuticos se sintió satisfecho con la solución de los problemas de
Las tendencias tecnológicas ofrecidas por los fabricantes en la actualidad conducen a analizadores y registrados de última generación, los cuales proveen una amplia cantidad de beneficios, mayor número de parámetros medidos, y un gran número de muestreo por ciclo, resultando ser así más precisos y efectivos; esto unido a plataformas de comunicación con protocolos altamente compatibles con los equipos existentes en los centros de recolección de datos, que permiten la transmisión de datos de manera rápida, en tiempo real, y la facilidad al usuario de acceso remoto a la información para el análisis y control respectivo.
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RECOMENDACIONES
Para efectuar un monitoreo de calidad de energía se recomienda instalar registradores permanentes, de largo plazo, con el fin de disponer de un sistema de supervisión en tiempo real que provea cantidad suficiente de información sobre el comportamiento del sistema para poder identificar diversos tipos de anomalías, precisar si son eventuales o frecuentes, conocer la magnitud, duración, nivel de transitoriedad, y otros aspectos que la caracterizan.
S O D de última tecnología, ya que éstos proveen una mayor VA cantidad de muestras R E S almacenar datos, mayor cantidad Epara por ciclo, mayor cantidad de memoria R S O H de parámetros de calidad de energía medidos; además tienen la ventaja de C RE de comunicación avanzadas lo cual permite a los DEplataformas que incluyen
Es recomendable utilizar analizadores y registradores de calidad de energía,
usuarios gran facilidad de análisis y control remoto de los datos medidos.
Al momento de seleccionar registradores y analizadores de última tecnología se
recomienda
revisar
minuciosamente
los
catálogos
y
manuales
suministrados por los fabricantes a fin de conocer aspectos de instalación, particularidades de la medición y la compatibilidad con los protocolos de comunicación.
Para implementar un sistema de supervisión de calidad de energía en tiempo real, se recomienda diseñar la arquitectura de tal manera que los equipos que la integran sean de última tecnología, y estén enlazados con un sistema de comunicaciones compatibles con los del SCADA existente, para lo cual es de gran importancia que se elijan los protocolos abiertos como Modbus, TCP/IP.
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A las empresas que cuenten con equipos de medición portátiles se
les
sugiere realizar actualizaciones por sistemas de monitoreo permanente con técnicas de registro, que permitan la supervisión en tiempo real; ya que con el avance tecnológico pueden aprovechar todas las soluciones comerciales de ultima generación ofrecidas por los fabricantes, que son realmente efectivas y precisas a la hora de identificar y solucionar problemas de calidad de energía.
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