Analizador de Redes Trifasicas

ANALIZADORES DE REDES TRIFÁSICAS

OBJETIVOS *Conocer la importancia de los analizadores de redes en nuestra carrera. *Conocer el funcionamiento, instalación y aplicaciones de los analizadores de redes. MARCO TEÓRICO Definición Estos equipos son analizadores de elevadas prestaciones. Diseñados para ser instalados de forma muy sencilla en cualquier instalación y para que su uso sea totalmente adaptable a cualquier tipo de medida requerida. Disponen de una memoria interna donde se guardan todos los parámetros deseados, totalmente programables. Además, un un mismo analizado analizadorr puede contener contener varios varios software, software, cuyas aplicaciones aplicaciones vayan destinadas a distintos tipos de análisis. Existe una gran variedad de analizadores los cuales exportan o muestran los parámetros eléctricos directa o indirectamente a través de display y transmiten por comunicaciones todas las magnitudes eléctricas medidas y/o calculadas. Algunos analizado analizadores res son expandible expandibles s o modulares, modulares, pudiendo pudiendo dotarlos dotarlos de funciones funciones adicionales asociables a cualquier parámetro eléctrico medido o calculado

¿QUÉ VENTAJAS OBTENEMOS CON LOS ANALIZADORES DE REDES? A horrar hor rar Detectar y prevenir el exceso de consumo (kW ·h) Analizar curvas curvas de carga carga para ver dónde se produce produce la máxima demanda de energía. energía. Detectar la necesidad de instalación de una batería de condensadores, así como su potencia. Detectar fraude en los contadores de energía.

Prevenir Son ideales para realizar mantenimientos periódicos del estado de la red eléctrica, tanto en baja como en media tensión, ver curvas de arranque de motores, detectar posibles saturaciones del transformador de potencia, cortes de alimentación, deficiente calidad de suministro eléctrico, etc.

S olventar Poder analizar dónde tenemos un problema en la red eléctrica, para poder solucionar problemas de disparos intempestivos, fugas diferenciales, calentamiento de cables, resonancias, armónicos, perturbaciones, flicker, desequilibrios de fases, etc. Al mismo tiempo, nos permite diseñar los tamaños adecuados para los filtros activos o pasivos de armónicos y filtros para variadores de velocidad, etc.

METROLOGÍA ELECTRICA


PARÁMETROS MEDIDOS CON LOS ANALIZADORES DE REDES A rmóni cos Son voltajes y corrientes con frecuencias múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (60Hz).Los armónicos son generados por las cargas no-lineales Es decir es la distorsión de la forma de onda está compuesto de una onda senoidal fundamental a 60Hz tal como de 3er orden (180Hz), de 5to orden (300Hz), las cuales se adicionan dando como consecuencia una onda distorsionada.

Dis torsi ón armónica (THD ) de tens ión y corriente Las corrientes armónicas al circular por el sistema de potencia producen caídas de voltaje armónicas que son capaces de distorsionar la onda de voltaje de suministro. La forma de evaluar un voltaje o una corriente distorsionada es a través del parámetro denominado distorsión armónica total THD (Total Harmonic Distorsión).

Valor eficaz Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicar sobre una misma resistencia. Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (Io). Se aplica esta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia y se mide la potencia producida sobre ella. A continuación, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma potencia sobre esa misma resistencia. A este último valor, se le llama valor eficaz de la primera corriente (la alterna). Para una señal senoidal, el valor eficaz del voltaje y de la corriente es



0 √ 2   = 0 √ 2

 =

La potencia eficaz seria:

 =  .  =

 .   .  = 2 √ 2. √ 2

Es decir, que es la mitad de la potencia máxima. La tensión o la potencia eficaz, se nombran muchas veces las letras RMS, por ejemplo decir 10V RMS o 15W RMS significará 10 voltios eficaces o 15W eficaces, respectivamente.

Potencia y factor de potencia La presencia de armónicos en un sistema eléctrico hace que se complique el cálculo de la potencia y factor de potencia. Existen tres cantidades estándares asociadas a la potencia: Potencia Aparente (S). Potencia Activa (P). Potencia Reactiva (Q). A la frecuencia fundamental, es común relacionar estas condiciones según:

 =   =  Donde

 es el ángulo entre el voltaje y la corriente.

El factor

 es conocido como factor de potencia y se define así:   = 

Las formulas son utilizadas para determinar la potencia activa y reactiva en función de la frecuencia fundamental del sistema de potencia, ya que normalmente el voltaje de distorsión es generalmente bajo (THD menor a 5%), con este cálculo es una buena aproximación independientemente de cómo este distorsiona la onda de corriente. Ante la presencia de armónicos se cumple la siguiente relación:

 =   +  +  Donde "D" representa distorsión de la potencia o distorsión de los volt amperes.



OTROS Además de los parámetros antes mencionados los analizadores de redes también realizan la lectura de:

Tensi ón s imple y compues ta. Las instalaciones eléctricas trifásicas pueden estar construidas a tres o cuatro hilos, con o sin conductor neutro respectivamente (figura 1). En las instalaciones a tres hilos sólo se puede medir la tensión compuesta de la instalación. Sin embargo, en las instalaciones a cuatro hilos se puede medir la tensión simple y la tensión compuesta de la instalación.

La tensión simple se define como el valor eficaz de la tensión que se tiene al medir entre un conductor de fase y el conductor neutro de una instalación eléctrica trifásica. La tensión compuesta se define como el valor eficaz de la tensión que se tiene al medir entre dos conductores activos en una instalación eléctrica trifásica. En las instalaciones trifásicas, a menos que se exprese explícitamente, el valor de la tensión que se facilita siempre es el valor eficaz de tensión compuesta. En las instalaciones monofásicas la tensión medida siempre corresponde al valor eficaz de la tensión de simple (figura 2).



Corriente La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio (A). Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.

Frecuencia La frecuencia de la corriente alterna constituye un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo y puede abarcar desde uno hasta millones de ciclos por segundo o Hertz (Hz).

Máxima demanda La demanda máxima representa para un instante dado, la máxima coincidencia de cargas eléctricas operando al mismo tiempo. La demanda máxima corresponde a un valor instantáneo en el tiempo. Por ejemplo, si encienden en una planta todas su maquinas casi al mismo tiempo, el pico de corriente de arranque será muy grande, pudiéndose hacer de forma escalonada y reducir costos en el pago del recibo eléctrico. Los medidores de energía almacenan únicamente, la lectura correspondiente al máximo valor registrado de demanda, en cualquier intervalo de 15 minutos de cualquier día del ciclo de lectura. Los picos por demanda máxima se pueden controlar evitando el arranque y la operación simultánea de cargas eléctricas.

Potencia activa Que es la que se aprovecha como potencia útil. También se llama potencia media, real o verdadera y es debida a los dispositivos resistivos. Su unidad de medida en el vatio (W).

Potencia reactiva Que es la potencia que necesitan las bobinas y los condensadores para generar campos magnéticos o eléctricos, pero que no se transforma en trabajo efectivo, sino que fluctúa por la red entre el generador y los receptores. Su unidad de medida es el voltamperio reactivo (VAr).

Potencia aparente Es la potencia total consumida por la carga y es el producto de los valores eficaces de tensión e intensidad. Se obtiene como la suma vectorial de las potencias activa y reactiva y representa la ocupación total de las instalaciones debidas a la conexión del receptor. Su unidad de medida es el voltamperio (VA).



Energía activa Los receptores eléctricos alimentados por corriente eléctrica transforman la energía eléctrica en trabajo mecánico y en calor. A este efecto útil se le denomina “energía activa” y se mide en kWh.Los receptores formados por resistencias puras (aparatos de calefacción, lámparas incandescentes, etc.) consumen, exclusivamente, este tipo de energía.

E nerg ía reactiva inductiva y c apacitiva Existen numerosos receptores, tales como motores, transformadores, reactancias, etc., que para funcionar necesitan que se formen campos magnéticos. Estos equipos, en general inductivos, absorben energía de la red para crear los campos magnéticos y la devuelven mientras desaparecen. Con este intercambio de energía, se provoca un consumo suplementario que no es aprovechable por los receptores. A esta energía se le denomina “energía reactiva” y se mide en kVArh. La energía reactiva provoca una sobrecarga en líneas, transformadores y generadores, sin llegar a producir un rendimiento útil. Sin embargo, la factura de energía sí la contabiliza, por lo que puede llegar a incrementarla en cantidades importantes.

CLASIFICACIÓN 1) Analizadores fijos con montaje en panel Los analizadores fijos son aquellos equipos cuya característica es que son instalados en la parte frontal de los gabinetes o tableros eléctricos, permitiendo una visibilidad directa. Analizador de redes eléctricas trifásicas (equilibradas y desequilibradas) para montaje en panel, con profundidad mínima, que mide 4 cuadrantes.

A plicaciones Aplicación de control en cuadros de distribución y acometidas de baja y media tensión. Control de alarma, totalmente programable la variable a controlar, el valor máximo, el valor mínimo y el retardo. Control de la energía activa o reactiva mediante salida de impulsos parámetros eléctricos medidos.

2) Analizadores fijos con montaje carril DIN Estos analizadores son aquellos equipos cuya característica es que son instalados internamente de los gabinetes o tableros eléctricos, a través de riel Din; por ello el nombre. Analizador de redes eléctricas trifásicas (equilibradas y desequilibradas) para montaje en carril DIN de muy reducido tamaño.



A plicación Aplicación de control en cuadros de distribución y acometidas de baja y media tensión. Donde sea necesario poner un analizador en el carril DIN por problemas de espacio Control de valores instantáneos, máximos y mínimos de los parámetros eléctricos medidos.

ANALIZADOR DE REDES TRIFÁSICAS CVM NRG96



CARACTERISTICAS GENERALES El analizador de panel CVM-NRG 96 es un instrumento de medida programable; ofrece una serie de posibilidades de empleo, las cuales pueden seleccionarse mediante menús de configuración en el propio instrumento. Antes de poner en marcha el analizador lea detenidamente los apartados de: alimentación, conexionado y programación, y elija la forma de operación más conveniente para obtener los datos deseados. El CVM NRG 96 mide, calcula y visualiza los principales parámetros eléctricos de redes industriales trifásicas equilibradas o desequilibradas. La medida se realiza en verdadero valor eficaz, mediante tres entradas de tensión alterna y tres entradas de corriente, para la medida de los secundarios 5 A, procedentes de los toroidales de medida exteriores. Mediante su procesador, la central de medida permite analizar simultáneamente:

El CVM-NRG96 permite la visualización de todos los parámetros eléctricos mostrados con anterioridad, mediante su display LCD retroiluminado, visualizando 4 parámetros eléctricos instantáneos, máximos o mínimos en cada salto de pantalla.



Otras características: *Instrumento de dimensiones reducidas (96x96x50). *Medición en verdadero valor eficaz. *Valores instantáneos, máximos y mínimos de cada parámetro. *Función medidor de energía. - 1 GW·h en energía consumida. - 100 MW·h en energía generada. *Display LCD retro-iluminado. *Comunicación RS485 (Modbus RTU®) incorporado.

INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA El presente manual contiene información y advertencias, que el usuario debe respetar para garantizar un funcionamiento seguro del analizador, manteniéndolo en buen estado en cuanto a seguridad. El analizador no debe ser alimentado hasta su colocación definitiva dentro del cuadro eléctrico. Cuando sea probable que el equipo haya perdido la protección de seguridad (al presentar daños visibles), debe ser desconectado de la alimentación auxiliar. En este caso, póngase en contacto con un representante de servicio técnico calificado.

Instalación del equipo Antes de la alimentación del equipo, deben comprobarse los siguientes puntos: a) Tensión de alimentación. b) Tensión máxima en el circuito de medida. c) Corriente máxima admisible. d) Características del transistor (salida digital). e) Condiciones de trabajo. f) Seguridad.

Tens ión de alimentación

Versión Estándar: - Alimentación: 230 V c.a. - Frecuencia: 50-60 Hz - Tolerancia alimentación: -15% / +10% - Regleta conexión: Bornes 1-2 (Power Supply)



- Consumo del equipo: 5 V·A

Versión Plus: - Alimentación: 85…265 V c.a. // 95…300 V c.c. - Frecuencia: 50-60 Hz - Regleta conexión: Bornes 1-2 (Power Supply) - Consumo del equipo: 5 V·A

Tens ión máxima en el circuito de medida - Tensión: 300 V 520 V

∼ c.a. fase-neutro

∼ c.a. fase-fase

- Frecuencia: 45…65 Hz

Intens idad máxi ma admis ible - Intensidad: Transformadores exteriores de In /5A.

Características transistor (salida) - Tipo NPN: Transistor Opto-aislado/Colector Abierto - Tensión máxima de maniobra: 24 V.d.c. - Intensidad máxima de maniobra: 50 mA - Frecuencia máxima: 5 pulsos / segundo - Duración pulso: 100 ms

Condiciones de trabajo - Temperatura de trabajo: -10 ºC / +50ºC - Humedad relativa: 5 a 95 % HR (sin condensación) - Altitud: hasta 2.000 metros

S eg uridad - Diseñado para instalaciones categoría III 300 V

∼ c.a. (EN 61010).

- Protección al choque eléctrico por doble aislamiento clase II.



Instalación El equipo debe conectarse a un circuito de alimentación protegido con fusibles tipo gl (IEC 269) o tipo M, comprendido entre 0.5 y 2 A. Deberá estar previsto de un interruptor magnetotérmico o dispositivo equivalente para desconectar el equipo de la red de alimentación. El circuito de alimentación y de medida de tensión se conectará con cable de sección mínima 1 mm2. La línea del secundario del transformador de corriente será de sección mínima de 2,5 mm2.



ESQUEMAS DE CONEXIONADO a) Medida de Red Trifásica con conexión a 4 hilos ( B aja Tensión) y tres trans formadores de intens idad externos.



b) Medida de Red Trifásic a con conexión a 3 hilos (B aja Tens ión) y tres trans formadores de intens idad externos.



c) Medida de Red Trifásic a con conexión a 3 hilos mediante 2 trans formadores de tens ión y tres transformadores de intensidad.



d) Medida de Red Trifásic a con conexión a 3 hilos mediante 2 transformadores de tens ión y dos trans formadores de intensi dad.



FUNCIONAMIENTO Funci ones g enéric as de las teclas del frontal: Tecla R eset: -Inicialización del equipo. -Borrado de los valores Máximos y Mínimos. -Es equivalente a la inicialización del equipo por ausencia de tensión.

Tecla Di s play: -Visualización de todas las variables por pulsaciones sucesivas. -Tecla de función en menú set-up: pulsando la tecla Display, se avanza por las diferentes pantallas, tanto en el menú de configuración como del menú de comunicaciones. -En modo runtime, mediante pulsación larga (manteniendo la tecla pulsada 2 segundos), se visualizan los contadores de energía: *Energía Activa Consumida *Energía Reactiva Inductiva Consumida *Energía Reactiva Capacitiva Consumida *Energía Aparente Consumida *Energía Activa Generada *Energía Reactiva Inductiva Generada *Energía Reactiva Capacitiva Generada *Energía Aparente Generada

Tecla Max y Min: -Visualización de los máximos o mínimos de cada variable visualizada; esta función solo es válida mientras se está pulsando la tecla, una vez se deja de pulsar aparece de nuevo, transcurridos cinco segundos, los valores instantáneos. -Teclas de función en menú set-up: la tecla MIN tiene como función, la selección del código o parámetro a modificar, y la tecla MAX asigna el código y/o variable correspondiente.



APLICACIÓN *Aplicación de control en cuadros de distribución y acometidas de baja y media tensión *Control de alarma, totalmente programable la variable a controlar, el valor máximo, el valor mínimo y el retardo *Control de la energía activa o reactiva mediante salida de impulsos *Control de valores instantáneos, máximos y mínimos de los parámetros eléctricos medidos

ERRORES 1) El analizador CVM-NRG96, una vez cableado y conectado, observamos que nos da una lectura de tensión y corriente correcta, pero nos muestra valores de potencia activa negativos (generación). Se trata de un error en el cableado de los secundarios de los transformadores de corriente; debe respetarse tal y como se muestra en el esquema de conexionado, el sentido de la corriente de los transformadores. Los transformadores de corriente disponen en primario de dos caras; la corriente debe pasar obligatoriamente de P1 a P2, dando como resultado en secundario (S1 y S2) una corriente de 5 amperios. El error radica en: a) Los transformadores de corriente se han instalado de manera incorrecta, dando como resultado que el sentido de la corriente pasa de P2 a P1; para solucionar este problema, no hará falta desmontar e instalar nuevamente el transformador de corriente, será suficiente con invertir el secundario del transformador (S1 y S2). b) El conexionado de los secundarios de corriente de los transformadores de corriente, se ha conexionado de manera incorrecta; para solucionar este problema será suficiente conexionar el secundario de S1 de transformador en el S1 del analizador, y el S2 del transformador de corriente, en el S2 del analizador. 2) El analizador CVM-NRG96, una vez cableado y conectado, observamos que nos da una lectura de Factor de Potencia y Cos φ III incoherente ( -0,01 o similar). Se trata de un error nuevamente en el conexionado de los transformadores de corriente y las fases de tensión; la fase de L1 (R), debe corresponder con el transformador de corriente instalado en la fase L1 (R); la fase de L2 (S), debe corresponder con el transformador de corriente instalado en la fase L2 (S); y la fase de L3 (T), debe corresponder con el transformador de corriente instalado en la fase L3 (T). Este conexionado, queda reflejado claramente en la parte posterior de analizador. 3) El analizador CVM-NRG96 no muestra correctamente la lectura de corriente, visualiza valores que oscilan en orden de 0 a 5 amperios de corriente. Asegúrese que ha configurado correctamente la relación de Primario de Transformador; una vez configurado verá correctamente la medida de corriente extrapolada a primario (ver apartado relaciones de transformación).



4) El analizador CVM-NRG96 se encuentra midiendo en media tensión, y muestra por display la tensión de secundario (por ejemplo 110 voltios). Asegúrese que ha configurado correctamente la relación de Primario y Secundario de tensión (ver apartado relaciones de transformación). 5) El analizador CVM-NRG96 no responde a las peticiones por comunicaciones; no comunica. Asegúrese que ha configurado correctamente los parámetros de comunicación del equipo, como el número de periférico (0 a FF).

Prueba de laboratorio con el analizador trifásico CVM NRG96 *Para la experiencia en el laboratorio se utilizó un motor trifásico de 0.30KW y transformadores de corriente de forma toroidal 100/5A.



MONTAJE DEL CIRCUITO *Los valores obtenidos se muestran en la siguiente tabla: MAGNITUD

UNIDAD

L1

L2

L3

TENSIÓN

V

220.6

224.3

221.6

CORRIENTE

A

0.102

0.082

0.108

FRECUENCIA

Hz

P.ACTIVA

KW

P.REACTIVA L

KVARL

0.036

P.REACTIVA C

KVARC

0

P.APARENTE

KVA

0.038

3Φ

60 -0.003

0.004

0.005

0.006

FACTOR DE POTENCIA

0.17

COS Φ

0.17

MAX.DEMANDA

0.013

%THD-TENSIÓN

V

3.3

3.4

2.5

%THD-CORRIENTE

A

9.4

11.4

10.0

ENERGIA ACTIVA CONSUMIDA

KWh


0.128


CONCLUSIONES *La calidad de la energía eléctrica de un tiempo a esta parte es un tema muy importante que debe ser analizada para prevenir deterioros en las instalaciones eléctricas y equipos, Existe una gran variedad de analizadores de redes, unos con más aplicaciones otros pero en igual medida estos nos ayudan a cuidar nuestras instalaciones a través de sus lecturas y control de los parámetros eléctricos. *Los analizadores de redes como la gran mayoría de equipos de control trabajan se conectan a través de transformadores de corriente desde la In hasta 5A, además de protegerlos por la sensibilidad de estos por medio de fusibles de protección *Los armónicos son perjudiciales en el sistema eléctrico hasta pueden quemar motores, se deben seguir procedimientos técnicos mencionados para solucionarlos es por ello que se recomienda utilizar los equipos necesarios para atenuarlos como por ejemplo filtros para armónicos ya que estos no se eliminan.

BIBLIOGRAFÍA http://www.promelsa.com.pe/pdf/1011165.pdf http://docs.circutor.com/docs/M98172501-01.pdf


Analizador de Redes Trifasicas

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