Manual de Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución

CALIDAD DE POTENCIA ELÉCTRICA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN

PREPARADO POR: ING. AUGUSTO ABREU

GERENCIA COORDINACIÓN TÉCNICA JUNIO 2005

Agradecimientos: José Thomas Villalobos quien fue el primer impulsor de la Calidad de Potencia en ENELVEN y al Sr. Roberto Nava quien nos ha apoyado desde el inicio como apoyo incansable en la instalación de los registradores e inspecciones de campo.

Colaboradores: En la revisión tanto técnica como de redacción apoyaron: Emil Kermendy, David Busot, Milagro Mendez, Benita Castellano y Celeste Ocando.

Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

1

ÍNDICE I.- INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................................................................................................ 4 II.- QUE ES LA CALIDAD DE POTENCIA ?. ..................................................................................................................................................... 6 2.1.- Puntos de Vista de los Usuarios y de las Empresas de Suministro Eléctrico. .............................................................................. 7 2.2.- Razones para Mantener la Calidad de Potencia Eléctrica Bajo Control. ........................................................................................ 7 2.3.- Razones para Estudiar la Calidad de Potencia Eléctrica. ................................................................................................................ 8 2.4.- Síntomas Típicos de Problemas de Calidad de Potencia Eléctrica................................................................................................. 8 2.5.- La Calidad de Potencia Eléctrica en la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico de Venezuela.......................................................... 8 2.6.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................... 11 III.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM). ................................................................................................................................. 12 3.1.- Que es la Compatibilidad Electromagnética (CEM) ?. .................................................................................................................... 12 3.2.- Objetivos de la CEM. .......................................................................................................................................................................... 14 3.3.- La Perturbación Electromagnética. .................................................................................................................................................. 14 3.4.- Tipos de Acoples................................................................................................................................................................................ 14 3.5.- Interferencias Electromagnéticas..................................................................................................................................................... 14 3.6.- Nivel de Compatibilidad Electromagnética...................................................................................................................................... 15 3.7.- Nivel de Planificación......................................................................................................................................................................... 15 3.8.- Límites de Emisión............................................................................................................................................................................. 15 3.9.- Susceptibilidad e Inmunidad............................................................................................................................................................. 15 3.10.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................. 15 IV.- TIPOS DE CARGAS EN UN SISTEMA DE POTENCIA. ........................................................................................................................... 16 4.1.- Cargas Lineales. ................................................................................................................................................................................. 16 4.2.- Cargas No Lineales. ........................................................................................................................................................................... 17 4.3.- Carga Sensitiva................................................................................................................................................................................... 18 4.4.- Carga Crítica. ...................................................................................................................................................................................... 19 4.5.- Razones para Incrementar la Sensitividad de las Cargas.............................................................................................................. 19 4.6.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................... 19 V.- CARACTERÍSTICAS, TIPOS, CAUSAS Y EFECTOS DE LAS PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS. ................................... 20 5.1.- Transitorios......................................................................................................................................................................................... 22 5.1.1.- Características. .......................................................................................................................................................................... 22 5.1.2.- Tipos............................................................................................................................................................................................ 22 5.1.3.- Causas. ....................................................................................................................................................................................... 23 5.1.4.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 25 5.2.- Caídas de Tensión (Sags o Dip) de Corta Duración. ...................................................................................................................... 25 5.2.1.- Definición.................................................................................................................................................................................... 25 5.2.2.- Causas. ....................................................................................................................................................................................... 27 5.2.3.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 27 5.3.- Sobre Tensiones (Swells) de Corta Duración.................................................................................................................................. 28 5.3.1.- Definición.................................................................................................................................................................................... 28 5.3.2.- Causas. ....................................................................................................................................................................................... 28 5.3.3.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 29 5.4.- Interrupciones..................................................................................................................................................................................... 29 5.4.1.- Definición.................................................................................................................................................................................... 29 5.4.2.- Causas. ....................................................................................................................................................................................... 30 5.4.3.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 30 5.5.- Variaciones de Tensión de Larga Duración..................................................................................................................................... 30 5.5.1.- Tipos............................................................................................................................................................................................ 30 5.5.2.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 31 5.6.- Curva ITIC (CBEMA). .......................................................................................................................................................................... 31 5.7.- Armónicos........................................................................................................................................................................................... 34 5.7.1.- Definición.................................................................................................................................................................................... 34 5.7.2.- Causas. ....................................................................................................................................................................................... 35 5.7.3.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 36 5.7.4.- Respuesta Característica del Sistema de Potencia................................................................................................................ 40 5.7.5.- Distorsión Armónica de Corriente de Cargas Típicas............................................................................................................ 44 5.7.6.- Secuencia de los Armónicos. ................................................................................................................................................... 47 5.7.7.- El Factor de Potencia. ............................................................................................................................................................... 47 5.7.8.- Impacto de los Armónicos en Instalaciones Industriales...................................................................................................... 49 5.7.9.- Impacto de los Armónicos en Instalaciones Comerciales y de Oficinas. ............................................................................ 51 5.7.10.- Impacto de los Armónicos en Instalaciones Residenciales. ............................................................................................... 53 5.7.11.- Impacto de los Armónicos en la Redes de Media Tensión.................................................................................................. 54 7.12.- El neutro y los Terceros Armónicos. ........................................................................................................................................ 55 5.8.- Muescas “Notch”................................................................................................................................................................................ 57 5.8.1.- Definición.................................................................................................................................................................................... 57 5.8.2.- Causa. ......................................................................................................................................................................................... 58 5.8.3.- Efectos. ....................................................................................................................................................................................... 58 5.9.- Inter Armónicos. ................................................................................................................................................................................. 58 5.9.1.- Definición.................................................................................................................................................................................... 59 5.9.2.- Causa y Efectos. ........................................................................................................................................................................ 59 5.10.- Desplazamiento de la Onda AC (DC Offset). ................................................................................................................................. 59 5.10.1.- Definición.................................................................................................................................................................................. 59 5.10.2.- Causa. ....................................................................................................................................................................................... 59 Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

2

5.10.3.- Efectos. ..................................................................................................................................................................................... 60 5.11.- Fluctuaciones Rápidas de Tensión (Flicker). ................................................................................................................................ 60 5.11.1.- Definición.................................................................................................................................................................................. 60 5.11.2.- Causa. ....................................................................................................................................................................................... 61 5.11.3.- Efectos. ..................................................................................................................................................................................... 64 5.12.- Ruido. ................................................................................................................................................................................................ 64 5.13.- Desbalance o Asimetría de Tensión............................................................................................................................................... 65 5.14.- Variación de la Frecuencia Fundamental....................................................................................................................................... 65 5.15.- Resumen de la Caracterización de las Perturbaciones Electromagnéticas............................................................................... 66 5.16.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................. 67 VI.- SOLUCIONES DE PROBLEMAS DE CALIDAD DE POTENCIA. ............................................................................................................. 68 6.1.- Técnicas de Control de Armónicos. ................................................................................................................................................. 69 6.2.- Técnicas de Control de Flicker. ........................................................................................................................................................ 70 6.3.- Técnicas de Control de Sag, Swell y Transitorios. ......................................................................................................................... 71 6.4.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................... 74 VII.- REGLAMENTOS Y NORMAS TÉCNICAS................................................................................................................................................ 75 7.1.- Porque Limitar la Calidad de Potencia?........................................................................................................................................... 75 7.2.- Diferencias entre un Reglamento y una Norma Técnica. ............................................................................................................... 75 7.3.- Normas y Reglamentos de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico. .............................................................................................. 77 7.3.1.- Reglamento de Servicio. ........................................................................................................................................................... 77 7.3.2.- Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad (NCSDE). ....................................................................... 78 7.3.3.- Normas de Fiscalización. .......................................................................................................................................................... 79 7.4.- Normas Técnicas................................................................................................................................................................................ 80 7.4.1.- IEC. .............................................................................................................................................................................................. 80 7.4.2.- IEEE/ANSI. .................................................................................................................................................................................. 81 7.4.3.- Normas Técnicas Venezolanas. ............................................................................................................................................... 82 7.5.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................... 84 VIII.- METODOLOGÍA PARA REALIZAR ESTUDIOS DE CALIDAD DE POTENCIA..................................................................................... 85 8.1.- Como Comenzar a Identificar el Problema ?. .................................................................................................................................. 86 8.2.- Identificando los Tipos Cargas Sensibles a Perturbaciones dentro de la Instalación bajo Estudio. ........................................ 86 8.3.- Síntomas Típicos de Problemas a Causa de Perturbaciones Eléctricas...................................................................................... 87 8.4.- Causas Típicas de Perturbaciones Causadas dentro de una Instalación Eléctrica. ................................................................... 87 8.5.- Causas Típicas de Perturbaciones Causados desde el Sistema de Distribución hacia una Instalación.................................. 87 8.6.- Límites de Inmunidad de las Cargas Sensitivas a las Perturbaciones. ........................................................................................ 88 8.7.- Incógnitas que se deber Responder el Auditor de Calidad de Potencia. ..................................................................................... 88 8.8.- Inspección a la Instalación Eléctrica (Suscriptor). ......................................................................................................................... 89 8.9.- Inspección al Circuito de Distribución (Distribuidora). .................................................................................................................. 90 8.10.- Mediciones de Parámetros Eléctricos............................................................................................................................................ 90 8.11.- Para que Medir ?............................................................................................................................................................................... 90 8.12.- Interpretando los Resultados.......................................................................................................................................................... 91 8.13.- Problemas Típicos al Instalar los Registradores. ......................................................................................................................... 91 8.14.- Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................................................................. 93 IX.- CASOS PRÁCTICOS.................................................................................................................................................................................. 94 9.1.- Resumen de Estudios de Calidad de Potencia realizados por ENELVEN en el Primer Semestre del 2005. ............................. 94 9.2.- Caso: Reclamo de Calidad de Producto Técnico en una Clínica Ubicada en la Ciudad de Maracaibo..................................... 96 9.3.- Caso: Circuito de Distribución y Planta de Generación............................................................................................................... 101 9.4.- Caso de Reclamo de Calidad de Producto Técnico en una Instalación Ubicada en una Zona Foránea de ENELVEN (Alcaldía).................................................................................................................................................................................................... 104 9.5.- Caso de Flicker y Sags en un Circuito de Distribución. ............................................................................................................... 110 X.- ANEXOS. ................................................................................................................................................................................................... 115 10.- Glosario de Términos y Conceptos. ................................................................................................................................................ 115 10.1.1.- Referencias Bibliográficas.................................................................................................................................................... 120 10.2.- Abreviaturas.................................................................................................................................................................................... 120 10.3.- Paginas Web Referidos al Tema de la Calidad de Potencia....................................................................................................... 122 10.4.- Planilla de Recolección de Datos para Realizar Estudios de Calidad de Potencia. ................................................................ 124


Página:

3

I.- INTRODUCCIÓN. Los crecientes desarrollos tecnológicos en las últimas décadas han conllevado al uso de cargas basadas en electrónica, susceptibles a perturbaciones tales como; distorsión armónica, fluctuaciones rápidas de tensión (Flicker), transitorios, Sags, Swell entre otros. Por este motivo los usuarios, en especial los de sectores industriales, que dependen de procesos productivos en ocasiones las 24 horas diarias durante todo el año, exigen a las empresas eléctricas una Calidad de Potencia Eléctrica tal que no afecte sus procesos productivos. En Venezuela el ejemplo más representativo de estas industrias es el sector petrolero, en el cual en los últimos 10 años se ha masificado el uso de variadores de frecuencia (Bombas Electro Sumergibles, equipos basados en electrónica de potencia) utilizados en los pozos de extracción de petróleo. Estos equipos trabajan durante todo el año y cualquier perturbación que cause la parada no planificada los mismos retrazaran la generación de los recursos esperados durante un período determinado a causa de problemas en la Calidad de Potencia Eléctrica entregada por la empresa de servicio eléctrico. Aunque el desempeño de un equipo o sistema puede ser evaluado mediante diversas pruebas, debe tenerse en cuenta que la operación en el entorno electromagnético real puede ser mucho más compleja que una prueba en laboratorio, bajo condiciones controladas, dada la existencia de múltiples fuentes de perturbación y de sistemas sensibles que interactúan simultáneamente. Garantizar la Compatibilidad Electromagnética de dispositivos, equipos y sistemas eléctricos y electrónicos es una exigencia clave de la calidad de su operación.

Figura I-1. Onda Senoidal de 60 Hz.

Las centrales de generación deben generar una tensión de forma senoidal, de amplitud y frecuencia lo más constante posible o dentro de un rango de regulación tolerable por las cargas; ya que estos factores son los que van a definir el diseño de las cargas, dispositivos de transmisión, protección, distribución, control, aislamientos, en esencia establecer niveles de referencia de diseño. Por lo tanto, la forma de onda, su amplitud y frecuencia, van a definir el funcionamiento apropiado de las cargas o dispositivos de un sistema Eléctrico. Por supuesto, la calidad de la señal de tensión puede ser afectada en la trayectoria desde la central de generación, sistema de transmisión, distribución, hasta finalmente a los usuarios.


Página:

4

Si bien es cierto que la Energía Eléctrica puede ser entregada con deficiencias por parte de la Distribuidora, su calidad también puede ser afectada por falta de mantenimiento e inversión, deficiencias del diseño de la instalaciones de los usuarios, típicamente por violaciones del Código Eléctrico Nacional y por no tomar en cuenta recomendaciones internacionales especializadas como la IEEE 1100 “Powering and Grounding Electric Equipment”, entre otras. El estudio de la Calidad de Potencia Eléctrica en Instalaciones Eléctricas y Redes de Distribución es un tema importante tanto para las empresas eléctricas como para los usuarios, ya que permite identificar posibles problemas y adoptar las soluciones requeridas en cada caso. Por la misma exigencia de los usuarios de obtener calidad que garantice una operación “normal” de sus equipos, el Estado (Gobierno) en la mayoría de los países industrializados y en vía de ellos, han desarrollado “Marcos Regulatorios” con el fin de mantener una Calidad de Potencia Eléctrica dentro de un parámetro técnico – económico aceptable. Como se observa en la figura I-2 para las empresas eléctricas a mayor calidad los costos se incrementan ya que se requiere de grandes inversiones tanto en obra como de mantenimiento. En cambio cuando a los usuario se les suministra energía de baja calidad sus costos se incrementan debido a la parada de sus procesos o daños en sus equipos. Por este motivo debe existe un equilibrio técnico – económico el cual es definido por las Leyes y Reglamentos Técnicos. Costos

Total Empresa Eléctrica

Usuario

Calidad Figura I-2. Equilibrio entre Costo y Calidad tanto de las Empresas Eléctricas como de los Usurarios.

Este manual toca en detalle aquellos temas relacionados con la Calidad de Potencia Eléctrica, excepto los relacionados a problemas que puedan ser causados por cableados, conexiones, protecciones y puesta a tierra en redes de distribución e instalaciones eléctricas. Este trabajo tiene como objetivo el de generar un documento técnico donde se presenten los conocimientos básicos en el tema de la Calidad de Potencia Eléctrica, los cuales son los basamentos del análisis y supervisión de la Calidad de Producto Técnico, el que se encuentra enmarcado en las Normas de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico.


Página:

5

II.- QUE ES LA CALIDAD DE POTENCIA ?. En la actualidad no existe un concepto unificado a nivel mundial. Muchas organizaciones le han dado interpretaciones. Para definir a la Calidad de Potencia primero hay que comenzar con el nivel superior el cual es la “Calidad de Servicio Eléctrico”. Esta es la totalidad de las características técnicas y administrativas relacionadas a la distribución, transmisión y generación de la energía eléctrica que le otorgan su aptitud para satisfacer las necesidades de los usuarios. Luego se subdivide en dos áreas, la comercial y la técnica definido, por la “Calidad de Servicio Comercial” y la “Calidad de Energía Eléctrica” (ver figura II-1).

Figura II-1. Esquema de la Calidad del Servicio Eléctrico.

Las características técnicas de la Calidad de Servicio Eléctrico, están conformadas por la Calidad de la Energía Eléctrica, la cual consiste en las características físicas de la energía suministrada en condiciones normales de operación, que no producen interrupciones ni operaciones erráticas en equipos y procesos de la carga del suscriptor o en la red de distribución, en cumplimiento de los parámetros establecidos en la norma de servicio eléctrico. Esta se subdivide en dos ramificaciones: Calidad de Servicio Técnico; conjunto de propiedades básicas inherentes a la prestación del servicio eléctrico que tienden a maximizar su confiabilidad de interrupciones del servicio de electricidad, basado en índices de frecuencia y de duración y la otra rama es la Calidad de Potencia Eléctrica, que se dedica a estudiar cualquier problema de potencia manifestado en la desviación de la tensión, de la corriente, de la frecuencia, de sus valores ideales que ocasionen falla, interrupción de los sistemas eléctricos o mala operación del equipo de un usuario; también se puede definir como las características físicas de las señales de tensión y corriente, para un tiempo dado y un lugar determinado, que tiene el propósito de satisfacer necesidades del usuario. El concepto de Calidad de Potencia Eléctrica no es absoluto debido a que depende de las necesidades del usuario. Un alto nivel de Calidad de Potencia generalmente puede ser entendido como un bajo nivel de Perturbaciones.


Página:

6

La Calidad de Producto Técnico es una derivación de la Calidad de Potencia y estudia solo alguno de los fenómenos relacionados con la tensión como son la: regulación de tensión, flicker y armónicos de tensión. La mayoría de las Normas de Calidad de Servicio Eléctrico en Latino-América definen a la Calidad de Producto Técnico como la calidad de la señal de tensión y a la Calidad del Servicio Técnico como a las interrupciones del servicio eléctrico. Excepto los reglamentos de Chile y Argentina, el resto no controlan los fenómenos relacionados con la corriente, solo tratan los aspectos de la calidad de la onda de tensión. La consecuencia de excluir de las regulaciones y normativas la señal de corriente, es debido a que las cargas conectadas a los sistemas eléctricos no son en su totalidad lineales, adicionalmente la mayoría de los sistemas son mallados, por lo tanto una perturbación puede verse reflejada o afectar a una red vecina. Debido a esto, en la Calidad de la Energía debe involucrarse tanto a la fuente como a la carga o lo que es lo mismo a las señales de tensión y corriente, así como las interrupciones contabilizadas a través de los índices de confiabilidad. 2.1.- Puntos de Vista de los Usuarios y de las Empresas de Suministro Eléctrico. Las empresas eléctricas son las responsables de mantener un nivel estable de la tensión hasta el medidor de energía, es decir, hasta el equipo de facturación. Este equipo señala la frontera entre la empresa distribuidora y el inicio de las instalaciones de los usuarios. El mantenimiento y operación de las instalaciones después del medidor de energía son responsabilidad del usuario. Frecuentemente, cuando ocurren perturbaciones de la tensión, se culpa a la empresa de servicio eléctrico, sin verificar si el problema es interno.

Distribuidora Frontera

Usuarios

Figura II-2. Frontera entre La Empresa Distribuidora y los Usuarios.

2.2.- Razones para Mantener la Calidad de Potencia Eléctrica Bajo Control. 9 Tipo de carga. 9 Procesos industriales críticos. 9 Pérdidas de producción. 9 Operación errática.

9 Envejecimiento acelerado de los equipos. 9 Avería de equipos. 9 Pérdida de información.


Página:

7

2.3.- Razones para Estudiar la Calidad de Potencia Eléctrica. La principal razón para estudiar la Calidad de la Energía Eléctrica es la de satisfacer los requerimientos de los usuarios. Estas razones se pueden desglosar en: 9 9 9 9 9 9 9 9

Legislación. Pérdidas. Aumento de Riesgos. Ignorancia. Costos de Operación. Uso Racional de la Energía. Crecimiento de la Instalación. Operación errática de Equipos y artefactos eléctricos.

9 Redes Obsoletas. 9 Incremento de Equipos Electrónicos. 9 Incremento de la Susceptibilidad de sistemas. 9 Reducción de la vida útil de equipos y artefactos eléctricos. 9 Incremento de interconexiones. 9 Ubicación geográfica. 9 Permite proteger y dar confiabilidad a las cargas.

2.4.- Síntomas Típicos de Problemas de Calidad de Potencia Eléctrica. Entre los síntomas típicos atribuibles a la calidad de energía eléctrica se destacan: 9 Operación errática de equipos. 9 Reseteo de equipos de computación. 9 Equipos Quemados. 9 Disminución de su vida útil esperada. 9 Titilación de la iluminación. 9 Corriente por conductores de tierra. 9 Reinicio inesperado de computadores. 9 Oscilaciones en pantallas de computadores.

9 Daños asociados a transferencias red – planta. 9 Sobrecalentamiento en transformadores, interruptores, motores, etc. 9 Sobrecarga de conductores de neutro. 9 Operación no deseada de protecciones. 9 Ruido audibles en interruptores. 9 Fallas en UPS´s al hacer transferencias.

2.5.- La Calidad de Potencia Eléctrica en la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico de Venezuela. La calidad del servicio eléctrico representa una medida del nivel de satisfacción del usuario con relación al servicio y la atención que recibe de la empresa eléctrica. En ella también convergen un conjunto de propiedades básicas inherentes a la prestación del servicio eléctrico que tienden a maximizar su confiabilidad. Operación, Mantenimiento, y Construcción

Medición y Facturación

Suministro del Servicio de Energía Eléctrica Figura II-3. Antes de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico.


Página:

8

Antes de la promulgación de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico, el funcionamiento de las empresas de servicio eléctrico estaba dividido en dos grandes bloques: Bloque Comercial y Bloque Técnico, donde su administración se llevaba por indicadores internos, usando como referencia normas y procedimientos nacionales e internacionales, pero no de una forma coherente a nivel nacional. Por la necesidad de asegurar al país la prestación de un servicio eléctrico al menor costo posible y con calidad, acorde con las necesidades de los clientes y el costo del servicio, que permita la óptima utilización de los recursos disponibles, se aprobó en 1999 la Ley del Servicio Eléctrico, convertida en Ley Orgánica en el año 2001. Esta Ley tiene como objeto establecer las disposiciones que regirán el sector eléctrico en el territorio nacional, el cual hasta ese momento no había contado con la normativa legal integral que ordenara de forma clara y metódica las disposiciones generales aplicables a la materia. Los únicos antecedentes están en la Ley de Servidores Eléctricos de 1928, los decretos Nº 2.363 y 2.364 de 1992 y el decreto Nº 1.558 de 1996, textos insuficientes para llenar el vacío existente. Con la entrada en vigencia de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico, las cosas cambian en el sector eléctrico ya que ahora todos los procesos de las Distribuidoras deben alinearse a lo exigido en esta ley, sus reglamentos y normas con el fin de lograr un servicio de “Calidad” estableciéndose un mercado regulado bajo la tutela de un ente Regulador (MPE) y un Fiscalizador (Alcaldías). Operación, Mantenimiento, y Construcción

Medición y Facturación

Ley Orgánica del Servicio Eléctrico

Suministro del Servicio de Energía Eléctrica con “Calidad” Figura II-4. Con la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico.

El sector de distribución de electricidad se convierte en un mercado “Regulado”, por un ente específicamente designado para tal fin, donde el “Regulador” dicta las pautas de la “Calidad” y también hace la función de árbitro. Los entes fiscalizadores, se encargan de vigilar a las distribuidoras y recibir la retroalimentación de quejas de parte de los usuarios (Figura II-5).


Página:

9

REGULADOR MINISTERIO DE ENERGÍA Y PETROLEO (MEP)

DISTRIBUIDORAS ENELVEN, ENELCO, ENELBAR, ELECAR, ENTRE OTRAS....

MERCADO ELECTRICO REGULADO

USUARIO CLIENTE

FISCALIZADOR ALCALDÍAS O ALGÚN OTRO NOMBRADO POR EL ENTE REGULADOR

Figura II-5. Esquema del Mercado Regulado del Sector Eléctrico Venezolano.

De la Ley se derivan dos Reglamentos, el General y el de Servicio. En el Reglamento de Servicio se establecen derechos y deberes tanto de los usuarios y como de las empresa Distribuidora. Los niveles de “Calidad” exigidos a las empresas Distribuidoras, son establecidas en las Normas de Calidad de Servicio de Distribución y el cómo debe ser aplicado, se establece en las Normas de Fiscalización.

Figura II-6. Estructura de la LOSE (Junio del 2005).


Página:

10

2.6.- Referencias Bibliográficas. [1] McGranaghan M., Dugan R., Beaty W., “Electrical Power Systems Quality”, McGraw-Hill Books, [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

1996. Electrotek. Sánchez H., Acero G., Villasmil J., Saucedo J., Quintana C., “Calidad de la Energía Eléctrica – CEL”, ACIEM, Colombia 2001. Nicolás Estaba, “Identificación, Análisis y Solución a los Problemas de Calidad de la Energía en Sistemas Eléctricos”, CADAFE. “Reglamento de Servicio”, (Noviembre 2003), Gaceta Oficial # 37.825. “Norma de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad”, (Agosto 2004). Ydamis García, “Proyecto de Reglamento de Servicio”, XXXVII Mesa Redonda sobre la Industria Eléctrica, “Servicio Eléctrico: Prioridad Nacional”, Puerto Ordaz, Estado Bolivar, Octubre 2003. Carlos Pérez Mibelli, “Regulacion del Sector Electrico Venezolano – Fundamentos e Implicaciones de la Reforma”, Foro Regulatorio IESA – CAVEINEL, Septiembre 2003. Norma Técnica Colombiana NTC-5000, “Calidad de Potencia Eléctrica (CPE), Definiciones y Términos Fundamentales”. M.H.J. Bollen, “What is Power Quality”, Electric Power System Research, M-1724, (2003).


Página:

11

III.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM). Las interferencias electromagnéticas son señales que perturban el funcionamiento normal de un sistema eléctrico o electrónico, estas interferencias afectan la tensión, corriente y el campo electromagnético de los circuitos. Estas crean un problema a los equipos ya que alteran su funcionamiento, incapacitándolos para realizar la misión para la que fueron diseñados. Por tanto la CEM es hoy en día a nivel mundial una de las principales exigencias de calidad en los sistemas eléctricos. La Unión Europea ha establecido la directiva de Compatibilidad electromagnética, de obligatorio cumplimiento que cubre un gran conjunto de sistemas y equipos eléctricos y electrónicos. En los Estados Unidos se encuentra la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) la cual impone restricciones a las emisiones radiadas y conducidas de los dispositivos digitales que sean comercializados en dicho país. La CEM cobra importancia a nivel de diseñadores e instaladores. Por eso adquiere importancia los esfuerzos en caracterizar las condiciones electromagnéticas particulares de cada país. Uno de los factores que influyen en este tipo de dificultades es que los equipos en uso interfieren unos con otros, en su entorno electromagnético. Si todos los dispositivos pudieran coexistir en armonía, se generaría un entrono electromagnéticamente compatible. La adición de un equipo sin que se produzca Interferencia Electromagnética (IEM) significa entonces que el dispositivo tiene la propiedad de ser electromagnéticamente compatible El concepto de compatibilidad de fuente y carga no es nuevo. La necesidad de proveer una energía eléctrica en régimen permanente de tensión y frecuencia constante, ha sido reconocido en la industria eléctrica desde hace mucho tiempo. La definición de régimen permanente ha cambiado con el transcurrir de los años, generando diferentes niveles de susceptibilidad de los equipos. La aparición de los equipos electrónicos ha cambiado la definición de régimen permanente. En este capitulo se desarrollaran los conceptos de Compatibilidad Electromagnética, Perturbación Electromagnética, Tipos de Acople, Interferencia Electromagnética, entre otros. 3.1.- Que es la Compatibilidad Electromagnética (CEM) ?. Es la capacidad o aptitud de un equipo para no degradarse o afectarse, ni afectar a otros equipos por una perturbación electromagnética bien sea radiada o conducida. Un término clave relacionado con la compatibilidad electromagnética es el nivel de compatibilidad que no es mas que “el nivel de perturbación electromagnética usado como referencia en un entorno específico para la coordinación en el ajuste de las emisiones y límites de inmunidad”, por convención este nivel de compatibilidad es seleccionado para obtener solo una pequeña probabilidad de que sea excedido por el nivel de perturbación real. Según la Norma Colombiana NTC-IEC 61000-1-1 [4], la Compatibilidad Electromagnética (CEM) es la capacidad de un dispositivo, equipo o sistema para funcionar satisfactoriamente en su ambiente electromagnético, sin introducir perturbaciones electromagnéticas intolerables a algo de lo que se encuentre en ese ambiente. La compatibilidad electromagnética también se refiere al estudio conjunto de la generación, propagación y la influencia sobre otros circuitos y medidas de corrección de interferencias electromagnéticas (IEM).


Página:

12

Los aspectos claves de la compatibilidad electromagnética son: • Funcionamiento Satisfactorio: Significa que el dispositivo es tolerable con los otros, es decir no es susceptible a las perturbaciones presentes en su entorno. • No introducir perturbaciones intolerables: Significa que el dispositivo no molesta a los otros, es decir, el dispositivo no es susceptible a las perturbaciones presentes en su ambiente. Para que una perturbación electromagnética constituya un suceso potencialmente perjudicial, dependerá de estos factores: • El nivel de la perturbación: Magnitud y forma de onda, rango de frecuencia, contenido de energía, máxima tasa de variación, frecuencia de ocurrencia y duración. • La susceptibilidad del receptor o víctima: Respuesta de frecuencia, condiciones de diseño, presencia de elementos de protección, materiales. • Las condiciones en las cuales se efectúe el acoplamiento: Por conducción o por radiación, características del medio de propagación, atenuación. Canal de Acoplamiento Receptor o Víctima

Fuente

PE

x

C

=

IE

Donde: PE: Perturbación Electromagnética. C: Acoplamiento. IE: Interferencia Electromagnética. Figura III-1. Definición de interferencia electromagnética.

Por consiguiente la compatibilidad electromagnética tiene dos requerimientos: 1) Asegurar que las emisiones de perturbaciones electromagnéticas esten limitadas para un rango tolerable. 2) Asegurar que los equipos tengan el suficiente nivel de inmunidad para mantener el funcionamiento adecuado en presencia de perturbaciones electromagnéticas a las cuales están sujetos. Estos requerimientos conciernen tanto a las perturbaciones de alta frecuencia que afectan especialmente los equipos de telecomunicaciones o equipos que realicen funciones de procesamiento de información, así como las perturbaciones de baja frecuencia que afecta a los equipos conectados a la redes de energía eléctrica en general. Dependiendo del usuario final, del equipo o el proceso, el nivel de inmunidad, daño, operación o no efecto en si, existen variadas formas de corregir la incompatibilidad. Estas correcciones pueden ser realizadas por la empresa eléctrica, por el equipo en si o adicionando un acondicionador entre el sistema eléctrico y la carga.


Página:

13

3.2.- Objetivos de la CEM. Los objetivos de la Compatibilidad Electromagnética son: 9 Garantizar la libre instalación de aparatos. 9 Crear un entorno electromagnético aceptable. 9 Garantizar que las perturbaciones electromagnéticas producidas por aparatos eléctricos y electrónicos no afectan al correcto funcionamiento de otros aparatos. 9 Contribuir a la mitigación de las perturbaciones. 9 Dictaminar pautas de protección. 9 Establecer límites y márgenes de operación. 9 Aumentar la confiabilidad de los procesos productivos. 9 Garantizar que el aparato tenga un nivel de inmunidad intrínseca que le permite funcionar de forma correcta. 3.3.- La Perturbación Electromagnética. Es cualquier fenómeno electromagnético que pueda degradar o afectar el desempeño de un dispositivo, equipo o sistema. La fuente de una perturbación, por ejemplo puede ser una descarga electromagnética, que genere campos electromagnéticos que se propagan por radiación en la atmósfera (canal de acople) y perturban una instalación de comunicaciones o computación, induciendo sobretensiones y provocando la circulación de corrientes no deseadas. La incompatibilidad electromagnética se controla mediante el diseño de equipos que cumplan con las pruebas normalizadas, el diseño de las redes, instalaciones adecuadas, el control y mantenimiento del entorno, y métodos de trabajo correctos. 3.4.- Tipos de Acoples. Los acoples se pueden clasificar de acuerdo a su medio de propagación: • Conducidas: Cuando se propagan mediante un conductor eléctrico que conecta la fuente con el receptor, por ejemplo: cables de suministro de energía o señal, pantallas, chasis metálicos, etc. • Radiadas: Cuando la propagación se efectúa a través de campos electroestáticos o electromagnéticos. 3.5.- Interferencias Electromagnéticas. Las interferencias son un problema cuando existe: un generador de perturbaciones, un circuito afectado y una trayectoria de acoplamiento. Se conocen tres maneras para eliminarlas: anularlas en la fuente, insensibilizarlas al receptor o disminuir la energía transmitida a través de la trayectoria de acoplamiento o una combinación de los tres. Las interferencias pueden clasificarse de acuerdo con su origen y pueden ser: • Naturales, como las producidas por descargas atmosféricas, descarga electroestáticas (ESD). • Artificiales, cuando se originan como consecuencia del funcionamiento del sistema.


Página:

14

3.6.- Nivel de Compatibilidad Electromagnética. El nivel de compatibilidad electromagnética puede definirse como el máximo grado de perturbación, que no debe afectar al correcto funcionamiento de cualquier aparato o equipo. El sistema emisor produce perturbaciones electromagnéticas, y el sistema receptor es afectado, en su funcionamiento, por el emisor. Los niveles de compatibilidad generalmente están basados en el 95% de probabilidad de no exceder los niveles de las perturbaciones. 3.7.- Nivel de Planificación. Es el nivel de una perturbación en un entorno particular, adoptado como un valor referencial de límite para la emisión de grandes cargas e instalaciones, con el fin de coordinar estos límites con todos los límites adoptados para equipos conectados en el sistema eléctrico. El propósito de este es el de planificar y evaluar el impacto de las cargas de los usuarios en el sistema, se fija como valor objetivo a nivel de diseño. Ver figura III-2.

Figura III-2. Coordinación de Conceptos de CEM.

3.8.- Límites de Emisión. Es el nivel de emisión máxima especificada de una fuente de perturbación electromagnética. 3.9.- Susceptibilidad e Inmunidad. El término susceptibilidad y su opuesto, inmunidad se emplean para indicar la mayor o menor propensión de un dispositivo o equipo a resultar, afectado por las interferencias, es decir, el nivel de susceptibilidad de un equipo es la propiedad de éste para funcionar correctamente en un ambiente de interferencia. De igual manera se define a la inmunidad como la habilidad de un equipo o sistema de actuar sin degradarse ante una perturbación electromagnética y se refiere al caso opuesto de susceptibilidad, que no es más que la incapacidad de un equipo para actuar ante una perturbación de este tipo. 3.10.- Referencias Bibliográficas. [1] IEC 1000-2-2, “Environment”, Part 2, Compatibility Levels for Low – Frequency Conducted

Disturbances and Signaling in Public Low – Voltage Power Supply Systems”. [2] Cuaderno Técnico Schneider Nº 149: LA CEM: La Compatibilidad Electromagnética. Marzo 2002. [3] “Understanding Electromagnetic Compatibility Phenomena”, Understanding (EMC) Phenomena,

Telemecanique. [4] Norma Técnica Colombiana NTC-IEC 61000-1-1, “Compatibilidad Electromagnética, Parte 1.

Generalidades, Sección 1. Aplicaciones e Interpretación de Definiciones y Términos Fundamentales”. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

15

IV.- TIPOS DE CARGAS EN UN SISTEMA DE POTENCIA. Desde la década de los 70´s el uso masivo de equipos electrónicos en el mundo ha sido exponencial. Luego del embargo petrolero en 1973 asociado al rápido incremento de los costos de energía, se creó un interés económico para utilizar convertidores de electrónica de potencia en grandes sistemas industriales y la utilización de compensación reactiva para minimizar los costos de la energía (ver figura IV-1). El desarrollo de equipos convertidores de potencia eficientes para soportar la evolución de la electrónica, enlazado con la conservación de la energía, ha cambiado, y los equipos basados en electrónica cada vez son más utilizados en instalaciones comerciales y residenciales donde el incremento del uso de equipos electrónicos domésticos basados en electrónica en especial los computadores personales. En la actualidad los niveles de Compatibilidad Electromagnética han sido sobrepasados por las perturbaciones generadas por el tipo de carga utilizado actualmente. A continuación en este capitulo se describirán los diferentes tipos de cargas existentes en un sistema eléctrico.

Figura IV-1. Cargas Típicas Conectados a un Sistema Eléctrico.

4.1.- Cargas Lineales. Son las cargas cuya corriente graficada vs. la tensión aplicada, produce una línea recta. Estas cargas son las resistencias puras, inductancias y capacitancias.

Figura IV-2. Relación corriente vs. tensión de una carga lineal.


Página:

16

Figura IV-3. Relación corriente vs. tensión de una carga lineal.

4.2.- Cargas No Lineales. Son las cargas compuestas por semiconductores. En estas cargas el gráfico de corriente vs. Tensión aplicado, no arroja una línea recta.

Figura IV-4. Relación corriente vs. tensión de una carga no lineal.


Página:

17

Figura IV-5. Relación corriente vs. tensión de una carga no lineal.

En la figura IV-6, se observa cómo la tendencia a nivel mundial es a la masificación de las cargas no lineales. El mejor ejemplo es la masificación de los bombillos de alta eficiencia.

Figura IV-6. Tendencia Mundial del Uso de la Carga No Lineal.

4.3.- Carga Sensitiva. Es aquella que suele desconectarse o reiniciarse debido a una perturbación de la tensión de suministro. Las cargas de este tipo en su mayoría están basadas en electrónica. Este tipo de carga por su característica puede ser un contribuidor y a la vez víctima


Página:

18

4.4.- Carga Crítica. Los sistemas eléctricos alimentan equipos, los cuales son utilizados por usuarios, quienes califican la criticidad de las cargas alimentadas por esta señal, de acuerdo con su aplicación; es decir, un equipo de alta cirugía es crítico no por el equipo en sí, ni por su tecnología, sino por la necesidad de que aquel funcione satisfactoriamente para que el cirujano pueda realizar adecuadamente su trabajo. La criticidad la da la aplicación o el proceso en si mismo. En general el sistema eléctrico alimenta cargas que pueden ser industriales, comerciales o residenciales y es el usuario quien le da la criticidad determinada de acuerdo con sus necesidades. Otro punto es la susceptibilidad, la cual consiste en el nivel absoluto de inmunidad que tenga un equipo, un dispositivo o sistema a las diferentes categorías de perturbaciones producidas en un sistema eléctrico. La carga puede ser crítica o no dependiendo de la aplicación, susceptibilidad y percepción del usuario sobre su uso o aplicación. 4.5.- Razones para Incrementar la Sensitividad de las Cargas. Las tensiones transitorias inducidas por descargas eléctricas atmosféricas o por operaciones de maniobras pueden producir degradación o falla inmediata del aislamiento en todas las clases de equipos. La elevada magnitud de tensión y el rápido crecimiento de la onda de tensión, contribuye a la ruptura del aislamiento de los equipos eléctricos; tales como motores, generadores, transformadores de tensión y de corriente, condensadores y cables entre otros. Las fallas en componentes de las fuentes de poder de equipos electrónicos, pueden ser debidas a transitorios de tensión de relativamente baja magnitud. El problema más común asociado con las interrupciones y las variaciones de tensión (subidas y bajas) de corta duración, es la parada del equipo. En muchas industrias con cargas de procesos críticos, los fenómenos instantáneos de corta duración pueden causar paradas del proceso que requieren horas para reiniciarlo. Por lo general durante un evento de caída de tensión de corta duración, la cantidad de luz visible de algunos dispositivos de iluminación puede ser reducida o producirse un ligero cambio de velocidad en máquinas de inducción. 4.6.- Referencias Bibliográficas. [1] IEEE Std. 1100-1999, “Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment Emerald Book”. [2] Sánchez H., Acero G., Villasmil J., Saucedo J., Quintana C., “Calidad de la Energía Eléctrica – CEL”, ACIEM, Colombia 2001.


Página:

19

V.- CARACTERÍSTICAS, TIPOS, CAUSAS Y EFECTOS DE LAS PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS. La calidad de la potencia en una instalación está sujeta a variaciones que dependen de muchos factores, algunos de estos pueden ocurrir fuera o dentro de la instalación eléctrica asociada a una red de distribución. La responsabilidad de la compañía eléctrica es la de suministrar potencia adecuada a los terminales de la instalación en el punto de servicio. Dependiendo de la magnitud y duración de las perturbaciones del suministro de energía eléctrica en las líneas de transmisión y distribución, las cuales son supervisadas en el punto de servicio o medición, pueden afectar la operación de algunos o de todos los equipos en la instalación. El usuario final debe enfrentar tanto las perturbaciones de suministro de energía eléctrica entregadas en el punto de servicio por la empresa eléctrica, como los problemas inducidos por los equipos propios instalados dentro de la edificación, como por ejemplo, bajas de tensiones o Sags debido al arranque de grandes motores, etc. Este capítulo presenta una breve descripción de la naturaleza de los problemas de la calidad de potencia, posibles soluciones y los recursos disponibles para combatir estos problemas. También se presentan los diferentes fenómenos electromagnéticos caracterizados por las normas IEC y la IEEE. La IEC clasifica a los fenómenos electromagnéticos como se muestra en la figura V-1. Los fenómenos en régimen permanente poseen los siguientes atributos: • • • • • • •

Amplitud. Frecuencia. Espectro. Modulación. Fuente de Impedancia. Profundidad del Notch. Área del Notch.

Los fenómenos en régimen transitorios posee los siguientes atributos: • • • • • • •

Amplitud. Duración. Espectro. Frecuencia. Rata de ocurrencia. Energía potencial. Fuente de impedancia.

Como se describió en el capitulo 3, una perturbación es un fenómeno electromagnético que puede degradar el desempeño de un dispositivo, equipo o sistema o afectar adversamente a los seres vivos o a los equipos.


Página:

20

Principales Fenómenos que Causan Perturbaciones Electromagnéticas Caracterizadas por la IEC

• • • • • • • • •

Armónicos.

2.- Fenómenos Radiados de Baja Frecuencia.

• •

Campos Magnéticos.

3.- Fenómenos Conducidos de Alta Frecuencia.

• •

Transitorios Unidireccionales.

• • • •

Campos Magnéticos.

4.- Fenómenos Radiados de Alta Frecuencia.

1.- Fenómenos Conducidos de Baja Frecuencia.

Ínter armónicos. Fluctuaciones de Tensión. Dips (Sags). Interrupciones. Desbalance de Tensión. Variaciones de Frecuencia. Tensiones Inducidas de Baja Frecuencia. Presencia de DC en sistemas AC.

Campos Eléctricos.

Transitorios Oscilatorios.

Campos Eléctricos. Campos Electromagnéticos. Transitorios.

5.- Fenómenos de Descargas Electrostáticas (ESD).

6.- Pulso Electromagnético Nuclear (NEMP).

Figura V-1. Clasificación de las Perturbaciones Electromagnéticas según la IEC 61000-2-5.


Página:

21

5.1.- Transitorios. 5.1.1.- Características. Los transitorios son perturbaciones de corta duración, en la forma sinusoidal de la tensión, que se evidencia por una breve discontinuidad en la forma de onda. Son de polaridad positiva o negativa y básicamente pueden ser divididas en dos categorías: tipo impulso y tipo oscilatorio.

Figura V-2. Representación de transitorio de impulso y oscilatorio.

Si la señal principal es retirada, la onda resultante es la componente pura del transitorio, se considera a un transitorio tipo impulso cuando el 77% del voltaje pico-pico de la componente pura, es de una sola polaridad. Cada tipo de transitorio puede subdividirse en tres tipos, según sus frecuencias y a su vez pueden ser asociados con una serie de fenómenos que ocurren en los sistemas de potencia. 5.1.2.- Tipos. • Transitorios tipo Impulso: Este tipo de transitorio es de un cambio rápido, a una frecuencia distinta a la del sistema en estado estacionario en cualquier condición de corriente o tensión. Es considerado como una onda de única polaridad, dirección y magnitud. La tasa de aumento o la forma como alcanza su valor pico también es una variable importante que afecta a la sensibilidad de los equipos electrónicos. Debido a las altas frecuencias involucradas, la forma de este tipo de transitorios puede ser cambiada rápidamente por componentes del circuito, y puede tener características significativamente diferentes cuando se examina el sistema de potencia a cualquier nivel. Los transitorios tipo impulso pueden excitar la frecuencia natural de los circuitos del sistema de potencia y producir oscilaciones transitorias. Los transitorios de alta frecuencia se observan solo cerca del lugar donde ocurre el fenómeno, los transitorios tipo impulso poseen duraciones bajo los 50 nano segundos. Los transitorios de alta frecuencia pueden deberse a maniobras de interrupción, descargas atmosféricas o a elementos de electrónica de potencia. La descarga electrostática o ESD (electrostatic discharge) es un tipo especial de transitorio tipo impulso.


Página:

22

Figura V-3. Transitorio de impulso sustractivo y aditivo.

• Transitorios Tipo Oscilatorio: Los transitorios de alta frecuencia pueden deberse a maniobras de interrupción o a elementos de electrónica de potencia; los de media frecuencia pueden ocurrir con la energización de un banco de condensadores en las proximidades de otro ya instalado.

Figura V-4. Transitorio de oscilación.

La energización de un banco de transformadores produce un transitorio de tensión oscilatorio, típicamente con una frecuencia fundamental entre 300 y 900 Hz. El transitorio tiene un pico de magnitud que puede acercarse a 2.0 p.u., pero es típicamente de 1.3 a 1.5 p.u. y la duración es aproximadamente de 8 mili segundos, dependiendo de la amortiguación del sistema. La frecuencia de los tipo oscilatorio varían en un rango de 0.5 y 5 MHz. 5.1.3.- Causas. La causa más común del transitorio tipo impulso es la descarga atmosférica. Debido a las altas frecuencias involucradas, la forma de este tipo de transitorio puede ser cambiada rápidamente por componentes del circuito y puede tener características significativamente diferentes cuando se examina el sistema de potencia a cualquier nivel.


Página:

23

Figura V-5. Densidad de Descargas en Venezuela.

Figura V-6. Descarga Atmosférica.

Los transitorios tipo impulso pueden excitar la frecuencia natural de los circuitos del sistema y producir oscilaciones transitorias. Las tensiones transitorias causadas por descargas atmosféricas o maniobras pueden resultar en la degradación, ruptura o falla inmediata del dieléctrico o aislamiento en toda clase de equipos, en especial los eléctricos como máquinas rotatorias, transformadores, condensadores, cables, CT’S, PT’S e interruptores. Los de baja frecuencia son encontrados en sistemas de sub. transmisión y distribución, éstos pueden ocurrir por gran variedad de eventos, tales como, energización de bancos de condensadores y de transformadores.

Figura V-7. Falla de un Receptor de TV por Satélite a Causa de Transitorios de Oscilación.


Página:

24

5.1.4.- Efectos. En un equipo electrónico, las fallas de los componentes de la fuente de poder pueden resultar de un transitorio de magnitud relativamente baja.

Figura V-8. Resumen de los Efectos de los Transitorios en los Equipos Electrónicos.

5.2.- Caídas de Tensión (Sags o Dip) de Corta Duración. 5.2.1.- Definición. Son variaciones de tensión que normalmente son causadas por condiciones de falla, energización de cargas que requieren altas corrientes de arranque o la pérdida intermitente de las conexiones en el cableado de potencia.

Figura V-9. Medición de un Sags.


Página:

25

Al producirse una falla, dependiendo de su ubicación, tipo y las condiciones del sistema, se puede variar la onda de tensión disminuyendo su valor, lo que originaria una caída de la tensión (Sag), su duración es igual o menor a 1 minuto. La estimación de las variaciones de cortas duración requiere la medición de la desviación de la tensión con respecto al valor de referencia y la duración en la cual se mantiene por debajo de un nivel establecido.

Figura V-10. Representación de un depresión de tensión (Sag).

Las definiciones de las caídas de tensión (Sag), llamados también (Dip) en Europa, son conocidos como huecos o depresiones de tensión. El estudio de esta perturbación eléctrica ha evolucionado durante los últimos quince años, debido a la facilidad que se tiene ahora para medirlos a través de equipos de precisión. Los huecos de tensión (Sags, Dips) es definido por la IEEE 1159-1995 [6] como una disminución entre 0.1 y 0.9 p.u en tensión rms a la frecuencia del sistema con duraciones de entre 0.5 ciclos a 1 minuto. El Sags comienza desde el momento en que la tensión rms cae debajo de el 0,9 p.u de la tensión nominal hasta cuando sube de nuevo a 0,9 p.u, según se puede notar en las figuras anteriores. En ambas la escala del tiempo está dada en ciclos. Los huecos de tensión se pueden clasificar de muchas maneras, una de ellas por su duración y esta: los momentáneos, los temporales. En la terminología de IEEE, el Sags es caracterizado como la tensión remanente, para el caso de la figura V-11 seria 70% de 120 V o la nominal, 84 V remanentes. En Europa, la terminología IEC considera al Dip como lo opuesto. Una tensión reducción a 84V significaría un Dip de 30%.

Figura V-11. Medición de un Sags de 70% lo que es lo mismo que un Dip de 30%.


Página:

26

5.2.2.- Causas. Entre las causas típicas de los Sags se encuentran: • • • •

Energización y cambio de taps de grandes transformadores. Energización de cargas grandes. Corto circuitos. También se pueden generar por la demanda de electricidad de los clientes del sistema eléctrico, ya que al superar la demanda a la capacidad del sistema puede producirse este fenómeno.

Cuando ocurre una falla en el sistema eléctrico, los interruptores y reconectadores son los equipos destinados a reconectar el sistema después de extinguida la falla, sus tiempos de acción están dentro de 5 segundos, pero cuando estos equipos intentan un recierre después de una falla y ésta no ha sido despejada, están presentes y se inyectan al sistema estos huecos en la tensión. Según estudios realizados en la universidad de Virginia del Norte, el 46% de los sucesos que ocurrían para producir los huecos de tensión, eran los fenómenos ambientales tales como: viento o relámpagos. Y la otra gran causa eran fenómenos desconocidos que producían huecos de tensión en un 26%, estudio que fue realizado para sistemas de distribución.

Figura V-12. Sags típicos en Función del Tipo de Falla.

5.2.3.- Efectos. El efecto mas común asociado a los Sags es la parada de equipos. En muchas industrias con cargas críticas, este tipo de perturbación de corta duración puede causar paradas del proceso que requieren horas para poder ser reiniciado. Por ejemplo: Petroquímicas, Industrias del Plástico, Industrias Alimenticias, entre otros.


Página:

27

La influencia del Sags va a depender de: • • • •

El nivel de la caída de la tensión. La duración del hueco. La distancia donde se origina la perturbación. La sensibilidad del equipo a los huecos.

En los equipos de iluminación incandescentes el efecto es una reducción visible de la iluminación. En los equipos de iluminación con dispositivo electrónico, si el valor del Sags supera el nivel de tensión mínimo de funcionamiento, éste se apagará. En el caso de los motores de inducción puede producirse un ligero cambio de la velocidad. 5.3.- Sobre Tensiones (Swells) de Corta Duración. 5.3.1.- Definición. Las sobre tensiones, también llamadas Swell, son incrementos en más del 10% de la tensión rms a la frecuencia del sistema por tiempos desde 0.5 ciclos hasta 1 min. Los valores típicos son de 1.1 hasta 1.8 p.u.

Figura V-13. Medición de una Sobre Tensión (Swell).

5.3.2.- Causas. Así como los Sags, los Swells están usualmente asociados a condiciones de fallas monofásicas en el sistema, energización de bancos de condensadores o de transformadores, incrementando el valor del voltaje en las fases sin falla. Estos se presentan especialmente en sistemas sin puesta a tierra o sistemas en delta o con neutro flotante, donde el cambio súbito en la referencia de la tierra resulta en un incremento de la tensión en las fases sin contacto con tierra. En un sistema sin puesta a tierra, las tensiones de línea a tierra en las fases podrían alcanzar un valor 1.73 p.u durante la condición de falla. Cerca de la subestación, en un sistema con puesta a tierra no debe presentarse un incremento de tensión, puesto que generalmente los transformadores Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

28

de las subestaciones están conectados en delta-estrella, proporcionando un camino de baja impedancia para la corriente de falla. Por otra parte, los Swells también pueden ser generados por una disminución súbita de la carga. La interrupción abrupta de la corriente puede generar un voltaje considerable, por la fórmula: v = L di/dt, donde L es la inductancia de la línea y di/dt es el cambio en el flujo de la corriente. Energizar un gran banco de condensadores también puede causar un Swell, aunque es más frecuente que origine un transitorio tipo oscilatorio. 5.3.3.- Efectos. Los efectos de un Swell frecuentemente son más destructivos que los de un Sag. La condición de sobrevoltaje puede causar el daño en los componentes de los equipos de la red de distribución, aunque el efecto puede ser un gradual efecto acumulativo. El incremento en el rendimiento de la iluminación incandescente puede ser perceptible si la duración del fenómeno es más larga de tres ciclos, así en general, el efecto de este fenómeno en los equipos está relacionado según la duración y magnitud (%) en el cual el voltaje excede la tensión nominal. 5.4.- Interrupciones. 5.4.1.- Definición. Se define una interrupción como la pérdida completa de la tensión (< 0.1pu) en una o más fases en un tiempo determinado. Las interrupciones ocurren cuando la tensión suministrada o la corriente de carga decrecen a menos de 0.1 en p.u., en una o varias fases por un período que no exceda el minuto. Pueden ser momentáneas, temporales o sostenidas. Las interrupciones momentáneas duran entre 8 ms y 3 s, las temporales duran entre 3s y 60s, y las sostenidas duran más de 60 s. Es importante destacar la diferencia entre una interrupción y un Sag, una interrupción es la pérdida completa del voltaje (menos del 10% del nominal) mientras que un Sag puede disminuir hasta un 90% del voltaje nominal (debe haber entre 10 y 90% del nominal) pero no ocurre la pérdida total de la tensión.

Figura V-14. Medición de una Interrupción.


Página:

29

Las salidas o interrupciones pueden ser el resultado de fallas en las líneas del sistema, fallas de equipos y mal funcionamiento de los controles. Son medidas en duración desde que la magnitud de tensión se encuentra a menos del 10% de la nominal. La duración de las interrupciones depende del tipo de falla ocurrida y del diseño de los elementos de protección del sistema. Si la falla es debida a una operación errónea de equipos de control o por malas conexiones, el tiempo de la interrupción por lo general puede durar varios minutos. 5.4.2.- Causas. Las interrupciones momentáneas son frecuentemente debidas a las prácticas automáticas de recierre (reclosing) de circuitos, las cuales son empleadas para despejar las fallas temporales en el sistema de potencia. Con el recierre automático de circuitos, una línea o circuito de distribución fallado es desenergizado por un período corto de tiempo (usualmente llamado “tiempo muerto”) y luego es energizado nuevamente. El período de tiempo muerto permite que la falla sea despejada y toda la ionización en el aire circundante al aislador “fogoneado” (flashover) sea disipada. Las prácticas varían entre emresas, así en algunas prácticas el tiempo muerto empleado es menor a 12 ciclos y en otras es empleado un tiempo muerto mayor de 1 minuto, aunque en la practica más usual es hacer un primer “intento” con un tiempo muerto de pocos ciclos y un segundo intento con un tiempo muerto de varias decenas de segundos. Cuando el tiempo muerto es tan rápido como el permitido por el equipo de recierre, se le denomina operación de “recloser” instantánea y usualmente implica tiempos muertos menores a 1 segundo. Se puede notar que en algunos casos el empleo de tiempos muertos suficientemente largos podría causar interrupciones temporales y no momentáneas. Otras causas de interrupciones momentáneas incluyen los switches de transferencia automática (transfiriendo carga de una fuente a otra), conexiones intermitentes pobres y fallas adyacentes a la carga que disminuye la tensión a menos de 0.1 p.u. 5.4.3.- Efectos. El problema más crítico asociado a interrupciones, depresiones y alzas de tensión, es el apagado de equipos. En varias industrias de procesos con cargas críticas, los fenómenos instantáneos pueden producir apagones, requiriendo horas para arrancar de nuevo. La revisión es importante, porque frecuentemente es difícil determinar en los efectos observables, cuál perturbación causa la falla. Las interrupciones instantáneas pueden afectar equipos electrónicos y de iluminación, causando mala operación o apagones. Tales equipos incluyen operadores electrónicos, computadoras y controles de máquinas rotatorias. 5.5.- Variaciones de Tensión de Larga Duración. 5.5.1.- Tipos. • Sub Tensiones. Son tensiones con valor inferior a la tensión nominal durante más de un minuto. Los valores típicos varían entre 0.8 y 0.9 p.u y son el resultado de eventos inversos a los que causan sobre tensiones. El energizar grandes cargas, o desactivar bancos de condensadores, puede causar una baja de tensión mientras que los equipos de regulación proporcionan un nivel aceptable. Los circuitos sobrecargados también pueden resultar en caídas de tensión. • Sobre Tensiones. Son tensiones con valor superior a la tensión nominal durante más de un minuto. Los valores típicos varían entre 1.1 y 1.2 p.u. Son el resultado de desactivar grandes cargas o variaciones en la compensación reactiva del sistema. Las sobre tensiones ocurren usualmente como resultado de prácticas de regulación inapropiadas: ajustes incorrectos de reguladores y condensadores. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

30

• Interrupciones Sostenidas. Una interrupción sostenida es la pérdida completa de la tensión, usualmente con duración desde 1 minuto hasta varias horas, o días. Algunas pueden ser clasificadas como temporales o permanentes, típicamente en estos casos se puede requerir intervención de cuadrillas de reparación para restaurar el servicio. Las interrupciones prolongadas son el tipo de perturbación más fácil de reconocer. Se presentan ordinariamente como resultado de fallas eléctricas permanentes. Las empresas de servicio de energía eléctrica diseñan los sistemas de distribución eléctrica tomando en cuenta la manera de aislar las fallas permanentes y las consecuentes interrupciones para dejar el menor impacto posible. Por otra parte, la interrupción forzada es aquella que resulta de la asociación directa de las condiciones de un componente que requiera ser puesto fuera de servicio inmediatamente, incluso automáticamente o aquella que puede ser causada por error humano. 5.5.2.- Efectos. Las sobre tensiones y subtensiones de duración mayor al minuto pueden causar problemas, aunque son menos propensas a ocurrir en alimentadores, ya que las empresas distribuidoras tratan de regular la tensión en el peor de los casos en más o menos un 10%, sin embargo, pueden ocurrir por alimentadores sobrecargados, ajustes incorrectos de cambiadores de toma en transformadores, fusibles fundidos en bancos de condensadores, y bancos de compensación reactiva en servicio bajo condiciones de carga. Las subtensiones por más de un minuto de duración, pueden causar mal funcionamiento en cargas rotatorias debido al calentamiento excesivo por incremento de la corriente y cambios de velocidad de rotación, dejando fuera de operación las cargas electrónicas. Las sobre tensiones producen daños inmediatos en equipos electrónicos. Generalmente transformadores, cables, barras, interruptores y las máquinas rotatorias no se ven afectadas, aunque sobre tensiones sostenidas pueden acortar la vida útil del aislamiento. 5.6.- Curva ITIC (CBEMA). El origen de la curva CBEMA data de 1977 cuando la “Computer and Business Equipment Manufactures Association´s (CBEMA). Básicamente se pueden diferenciar entre el grupo de perturbaciones de tensión: los transitorios, los huecos de tensión (Sags), sobre tensiones (Swell) e interrupciones en sus varias clasificaciones.

Figura V-15. Curva “CBEMA” original publicada en el año 1977.


Página:

31

La norma IEEE 1159-95 clasifica las interrupciones de acuerdo a los conceptos explicados anteriormente. La organización “Information Tecnology Industry Country” propone una curva se sensitividad de los equipo electrónicos a los diferentes tipos de perturbaciones definidos por la IEEE 1159-95 (ver figura V-15) la cual se suele denominar la curva ITIC por sus sigla en Ingles. En curva fue publicada en la IEEE 1100. En esta curva se refleja la sensitividad de los equipos electrónicos a los diferentes tipos de perturbaciones definidos por la IEEE 1159 -1995, es definida por la organización “Information Tecnology Industry Country”, mediante la curva llama “ITIC” por las siglas de la organización (ver figura V-16). Esta curva fue publicada en norma IEEE Std. 1100-1999.

% 500

400

300

Applicable to 120, 120 /2 08 , and 120/240 Nominal Voltag es 200

140 120 110 100 90 80 70

Vo ltage- To ler an ce Enve lo pe

40

0

0.001 c 1 µs

0.01 c

0.1 c 1 ms

0.5 c 1 c 3 ms

20 ms

10 c

100 c 0.5 s

1000 c 10 s

Steady State

Du ra ti on of Disturbance in Cycles (c) and Seco nd s (s)

Figura V-16. Curva “ITIC” publicada en la IEEE 1100 de 1999 y su fuente original www.itic.org.


Página:

32

La curva “ITIC” describe los límites típicos que una carga sensitiva puede tolerar durante una perturbación de la tensión. Esta curva está especificada para cargas conectadas en 208Y/120V y 120/240 en sistemas con una frecuencia de 60 Hz. La región interna de la curva descrita en la figura V-17, es donde las cargas sensitivas son inmunes a ese tipo de perturbación y las dos regiones fuera de los límites establecen una pérdida de éste.

Figura V-17. Curva “ITIC” y la Caracterización de las Perturbaciones de Tensión según la IEEE 1159.


Página:

33

5.7.- Armónicos. 5.7.1.- Definición. El concepto de análisis armónico viene del teorema matemático desarrollado por el Francés Jean Babtiste Joseph Fourier. En esta se describe que toda función periódica puede ser representada por una serie infinita de funciones seno y coseno múltiples de la frecuencia fundamental, las cuales son llamadas Series de Fourier. Para una función de tiempo: ∞ f(t) = a0 +

Σ

Cn sin (nωt + 0n )

(Ec. V-1)

n=1

Donde Cn es la magnitud y 0n es el ángulo de fase de cada una de las n frecuencias armónicas ω = 2 πƒ. Es de destacar que el análisis armónico, lo que es lo mismo un análisis de fourier es un modelo matemático de las señales de tensión y corriente. La onda distorsionada que actualmente fluye a través del circuito no es un grupo de ondas senos de diferentes frecuencias. Es la componente sinusoidal de una onda periódica a una frecuencia múltiplo entero de la frecuencia fundamental (60 Hz). [3] Una “armónica” es la componente sinusoidal de una onda periódica a una frecuencia múltiplo entero de la frecuencia fundamental (60 Hz).

Figura V-18. Ejemplo de descomposición en Diferentes Frecuencias de una Onda Distorsionada.

Por ejemplo, una componente de frecuencia al triple de la frecuencia fundamental es llamada tercer armónico que sería 3* 60 o 180 Hz (ver figura IV-18). Por lo tanto, en un sistema de potencia a 60 Hz, una componente armónica h, es una sinusoide que tiene una frecuencia expresada como: h = n * 60 Hz

(Ec. V-2)

donde, n: es un número entero positivo. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

34

La corriente armónica distorsiona la tensión al interactuar con la impedancia del sistema originando fallas en condensadores, transformadores, conductores neutros, motores, operación errática de relés, etc. Los armónicos característicos son aquellos armónicos producidos por equipos convertidores semiconductores en el curso de la operación normal. En un convertidor de seis (6) pulsos, los armónicos característicos son: 5, 7, 11, 13, etc. h = k*q ± 1

(Ec. V-3)

donde, h: orden del armónico. k: número entero. q: números de pulsos del convertidor. Los armónicos no característicos son también producidos por equipos convertidores semiconductores en el curso de la operación normal. Por otro lado estos pueden ser el resultado de frecuencias oscilatorias; una desmodulación de armónicos característicos y la fundamental; o un desbalance en los sistemas de potencia AC, el ángulo de retardo asimétrico, o el funcionamiento del ciclo convertidores. 5.7.2.- Causas. • Convertidores de Gran Potencia. Son aquellos cuya potencia nominal es mayor a 1 MW . Generalmente tienen mucha más inductancia en el lado de corriente continua que en el de corriente alterna; por lo que la corriente continua es prácticamente constante y el convertidor actúa como una fuente de tensión armónica en el lado corriente continua y como una fuente de corriente armónica en el lado de corriente alterna. Con un sistema perfectamente simétrico, las corrientes resultantes son exactamente iguales en todas las fases. • Convertidores de Mediana Potencia. Son aquellos cuya potencia nominal se encuentra entre 100 kW y 1 MW. Se utilizan con frecuencia en instalaciones industriales para controlar motores de corriente continua. También entran en esta categoría los variadores estáticos de velocidad para el control de motores de inducción. • Convertidores de Baja Potencia. Son aquellos convertidores cuya potencia no supera los 100 kW. Entre las cargas no lineales de baja potencia se encuentran: iluminación no incandescente, televisores, radios, estereos, computadoras personales y cualquier equipo que utilice corriente continua. Estas podrían representar un problema, con respecto a la contaminación armónica, cuando un numero de ellas están activas en forma simultánea a un mismo punto común de acoplamiento (PCC). Generalmente estos equipos de baja potencia utilizan rectificadores de onda completa, cuya contaminación armónica predomina en el tercer orden. • Otras Fuentes de Armónicos. Entre otras fuentes están las cargas que trabajan mediante arcos eléctricos (soldadores, hornos de arco, etc). Como fuente futura puede estar la carga de batería de los vehículos eléctricos y su posible masificación exigirá de grandes cantidades de potencia en corriente continua, lo cual supone incremento en el número de equipos contaminantes. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

35

5.7.3.- Efectos. Los impactos más significativos generados por las distorsiones en las ondas de tensión y corriente, son los registros incorrectos en equipos de control y monitoreo, así como las pérdidas adicionales debidas al calentamiento. Estos efectos se acentúan como resultado de situaciones de resonancia serie o paralelo. Si la fuente de potencia del sistema es un dispositivo estático aislado, contribuirá al contenido armónico. El efecto de una o más fuentes armónicas sobre un sistema de potencia dependerá principalmente de las características de respuesta en frecuencia del sistema. Las cargas no lineales pueden ser representadas generalmente como fuentes de corrientes armónicas. Por consiguiente, la distorsión armónica de tensión en los sistemas de potencia dependerá de las características de impedancia vs. frecuencia tal como son vistas por estas fuentes de corriente. A continuación se describen estos efectos detalladamente en la bibliografía [3]. • Transformadores. El efecto de los armónicos en los transformadores es doble: las corrientes armónicas causan un incremento de las pérdidas en el cobre y pérdidas de flujos de dispersión; y las tensiones armónicas causan un incremento de las pérdidas en el hierro. El efecto total es un incremento en el calentamiento del transformador. La norma EEE C57.12.00-1987 proporciona un límite de armónicos de corriente para los transformadores. El límite superior del factor de distorsión de corriente es 5%. Es de hacer notar que las pérdidas en los transformadores, causadas tanto por las corrientes como por las tensiones armónicas son directamente proporcionales a la frecuencia, por lo tanto, las componentes armónicas de frecuencias altas pueden causar un calentamiento en el transformador más importante que los armónicos de frecuencias bajas. Las pérdidas en el transformador pueden ser separadas en pérdidas con cargas y sin carga o en vacío. Las pérdidas bajo carga son producidas por el efecto Joule (I2R) y las pérdidas en vacío son por dispersión y por la histeresis en el hierro, éstas son de especial importancia cuando se evalúa la adición de calor debido al efecto de una forma de onda de corriente no sinusoidal. Las pérdidas por dispersión son por corrientes parásitas debido al flujo electromagnético extraviado en el devanado, núcleo, abrazadera del núcleo, campo magnético, pared del tanque y otras partes estructurales del transformador. Las pérdidas extraviadas del devanado incluyen pérdidas aisladas de corrientes de Eddy en los conductores del devanado y pérdidas debido a la circulación de corrientes entre circuitos devanados paralelos o aislados. Esta pérdida aumentará en proporción al cuadrado de la corriente de carga y al cuadrado de la frecuencia. La temperatura también aumentará en las partes estructurales por las corrientes de Eddy, aproximadamente al cuadrado de la corriente de carga y al cuadrado de la frecuencia. La IEEE C57.110-1998 proporciona un procedimiento de cálculo para obtener las pérdidas de corriente de Eddy para un transformador dado. Las pérdidas por dispersión son de especial importancia cuando se evalúa el aumento del calentamiento debido a los efectos de corrientes no sinusoidales. • Condensadores y Factor de Potencia. Los bancos de condensadores usados para controlar la tensión y mejorar el factor de potencia, así como los cables aislados, son los principales componentes que afectan las características de respuesta en frecuencia del sistema. La conexión de los condensadores puede causar condiciones de resonancia (tanto serie como paralelo) que pueden elevar los niveles de distorsión armónica. El valor de la reactancia de un banco de condensadores disminuye con la frecuencia, por tanto el banco, actúa como una carga para corrientes armónicas altas. Este efecto incrementa el calentamiento y el esfuerzo dieléctrico. El cambio frecuente de componentes no magnéticos (por ejemplo núcleo de hierro), tal como transformadores y reactores, puede producir corrientes, que se Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

36

agregarán a la carga de condensadores. La norma IEEE Std. 18-1992 proporciona los límites en tensión, corriente y potencia reactiva para bancos de condensadores. Esto puede ser usado para determinar el máximo nivel de armónicos permisible. El incremento del calentamiento y los esfuerzos de tensión en el dieléctrico, por la circulación de armónicos reducen la vida útil de los condensadores. Aunque la discusión previa tiene la intención de describir los efectos en elementos de sistemas de distribución tal como el mejoramiento del factor de potencia o condensadores para el filtrado de armónicos, se puede notar que otros condensadores también pueden ser afectados. Por ejemplo, los condensadores usados para arranque en motores monofásicos, o aquellos usados en circuitos rectificadores amortiguadores, serán sujetos a similares esfuerzos térmicos y de tensión. Las capacitancias de carga de línea, en líneas de transmisión y cables aislados también están en paralelo con la inductancia del sistema. Por consiguiente, ellos son similares a los condensadores paralelos con respecto al efecto de las características de respuesta en frecuencia del sistema. Usualmente los bancos de condensadores son predominantes en la industria y en la red de distribución. • Cables y Conductores. El flujo de corrientes no sinusoidales en un conductor causa un calentamiento adicional, por encima del que se esperaría para el valor eficaz de la onda fundamental. Esto se debe a dos fenómenos: “efecto pelicular” y “efecto proximidad”, los cuales varían en función de la frecuencia, del calibre del conductor y del espaciamiento. Como resultado de estos dos efectos, la resistencia efectiva en corriente alterna (Rac) es mayor que la resistencia en corriente continua (Rcc), especialmente en conductores muy largos, amplificándose las pérdidas I2*Rac. Los cables en un sistema resonante están sujetos a fenómenos de sobre tensión (esfuerzos dieléctricos) y corona, los cuales pueden progresivamente deteriorar el dieléctrico (aislamiento) del conductor. Adicionalmente el sobrecalentamiento producido por los niveles de armónicos contribuye a su degradación. • Medidores de Energía. El efecto de la distorsión armónica en equipos medidores de energía con disco de inducción es capaz de generar lecturas erróneas, ya que las tensiones y corrientes armónicas están desfasadas entre sí, causando una variación en la potencia activa generada por esta señal. En condiciones de resonancia los niveles de tensión y corriente pueden incrementarse afectando el correcto funcionamiento de estos medidores. Una distorsión armónica total de corriente mayor al 20% puede causar considerables errores en la medición. En medidores de energía con equipos electrónicos que miden el verdadero valor eficaz de las ondas de tensión y corriente, no se ven afectados por la distorsión armónica. • Conmutadores y Aplicaciones de Relés. Como con otros tipos de equipos, las corrientes armónicas pueden incrementar el calentamiento y las pérdidas en mecanismos de control, por lo tanto reducen la capacidad de carga de la corriente de estado sólido y acortan la vida de algunos componentes aislantes. Los fusibles sufren una reducción en su capacidad nominal debido al calentamiento generado por los armónicos durante la operación “normal”. No hay actualmente ninguna norma para los niveles de corrientes armónicas requeridas por los dispositivos de maniobra o fusibles para la interrupción o carga. Todas las pruebas son realizadas en rangos de frecuencias de alimentación. En estudios anteriores se ha determinado que muchos tipos de relés de protección generalmente no responden a ningún parámetro identificable tal como valores rms de una cantidad primaria ó la componente de frecuencia fundamental de esta cantidad. Como una consideración relacionada, el funcionamiento de un relé a un rango de entradas de frecuencia simple, no es una indicación de Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

37

cuanto responderá éste a una onda distorsionada, donde la superposición no es aplicada. Los relés de múltiples entradas pueden ser más impredecibles que los relés de una sola entrada en presencia de la onda distorsionada. La respuesta de los relés bajo condiciones de distorsión puede variar entre relés que tienen las mismas características de frecuencia fundamental, no sólo entre diferentes fabricantes, sino también entre diferentes modelos de relés del mismo fabricante. Por efecto de la contaminación armónica los relés muestran una tendencia a modificar su respuesta de operación tanto en el tiempo como en magnitud, por ejemplo tienden a operar lentamente a picos de corriente más altos, en lugar de operar más rápidamente con valores picos muy bajos. Los relés de baja frecuencia estática son susceptibles a sustanciales cambios en las características de operación. En muchos casos, los cambios en las características son relativamente pequeños sobre el rango moderado de distorsiones esperadas durante la operación normal (p.e. un factor armónico de 5%). Para diferentes fabricantes, los relés de sobre corriente o sobre tensión muestran diferentes cambios en las características de operación. Dependiendo del contenido armónico, la operación de torsión de los relés es a veces inversa. Los relés que emiten una impedancia balanceada muestran exceso o escasez, dependiendo de la distorsión. A veces los armónicos dañan la operación de alta velocidad de los relés diferenciales. Algunas pruebas demuestran que los relés pueden exhibir fijación completa. En general, los niveles de armónicos requeridos para causar mal funcionamiento de los relés son mayores que los niveles recomendados en las normas. Los factores de distorsión entre 10% y 20% generalmente son requeridos para causar problemas en la operación de algunos tipos de relés. La primera o segunda generación de dispositivos de disparo de estado sólido en interruptores de circuitos de baja tensión responden a corrientes pico. Subsecuentemente después de 1978, estos dispositivos han estado respondiendo a valores de corrientes RMS. Los modelos anteriores podían causar disparos debido a las corrientes armónicas de carga de los circuitos. • Motores y Generadores. El principal efecto de las tensiones y corrientes armónicas sobre máquinas rotatorias del sistema de potencia, es el incremento del calentamiento, debido a las pérdidas en el hierro y en el cobre cuando están sometidas a altas frecuencias. Las componentes armónicas de la tensión afectan la eficiencia de la máquina, y además pueden afectar el par (torque) desarrollado. Las corrientes armónicas en un motor pueden hacer mayor la emisión de ruido, comparable al que se produce con una alimentación sinusoidal. Además, producen una distorsión de distribución del flujo en el entrehierro, que puede causar o intensificar el fenómeno de engranaje (“cogging”), contrario al arranque suave, o de arrastre (“crawling”), el cual produce grandes deslizamientos, estos fenómenos producen pulsaciones de par que pueden afectar la calidad de los productos en un proceso industrial sensible, por ejemplo en la fabricación de fibras sintéticas. Pares producidos por corrientes armónicas como el quinto y el séptimo, tienen el potencial suficiente para crear oscilaciones mecánicas en un turbo-generador o en sistemas motor-carga. Las oscilaciones mecánicas se presentan cuando los torques causados por una interacción entre corrientes armónicas y el campo magnético de la frecuencia fundamental, excita una frecuencia de resonancia mecánica. El quinto y el séptimo armónico pueden combinarse para producir un estimulo de torsión en el rotor del generador a la frecuencia del sexto armónico. Si la frecuencia de resonancia mecánica está cerca de la frecuencia del estímulo eléctrico, se podrían desarrollar esfuerzos mecánicos en partes del rotor. Adicionalmente, el flujo de corrientes armónicas en el estator produce pérdidas que aumentan la temperatura tanto en el estator como en el rotor; el efecto final de los armónicos, es la reducción de la eficiencia y la vida útil de la máquina.


Página:

38

• Equipos Electrónicos. Los equipos electrónicos son susceptibles a operar incorrectamente a causa de la presencia de distorsiones armónicas. Estos equipos son a menudo dependientes de la determinación exacta de los cruces por cero y otros aspectos de la forma de onda de la tensión. La distorsión armónica puede resultar en desplazamiento del cruce por cero de la tensión o del punto al cual una tensión de fase se hace más grande que otra. Estos son puntos críticos para muchos tipos de circuitos electrónicos de control, y pueden resultar operaciones incorrectas de estos desplazamientos. Otros tipos de equipos electrónicos pueden ser afectados por la transmisión de fuentes armónicas a través de la fuente de poder o por acoplamiento magnético de armónicos en los componentes de los equipos. Las computadoras y equipos relacionados, como los controladores programables, frecuentemente requieren fuentes a.c. con no más de un 5% de factor de distorsión armónica, con un máximo individual armónico del 3% de la tensión fundamental. Altos niveles armónicos traen como consecuencia operaciones erráticas de los equipos que pueden, en algunos casos, tener serias consecuencias, siendo el más serio de estos funcionamientos inadecuados el relativo al instrumental médico. Efectos de interferencia de armónicos menos dramáticos pueden ocasionalmente observarse en equipos de radio y televisión, al igual que en video grabadoras y sistemas reproductores de audio. • Proteciones. Las armónicas provocan que los dispositivos de protección tengan una operación incorrecta, tal es el caso de algunas protecciones de sobre corriente que censan la corriente del neutro. Esta corriente del neutro se ve incrementada en gran medida con la presencia de terceras armónicas. Otras protecciones tienden a operar en pendientes pronunciadas de corriente, esta pendiente se puede incrementar con las armónicas y no necesariamente es una falla. Otras protecciones se ven afectadas por las corrientes armónicas de secuencia negativa que aparentan venir de una falla. • Interferencia Telefónica. La presencia de corrientes o tensiones armónicas en los sistemas asociados con aparatos de conversión de potencia, pueden producir campos eléctricos y magnéticos. Estos afectan el funcionamiento de los sistemas de comunicación, en virtud de la sensibilidad de estos sistemas. En los aparatos de conversión de energía, la perturbación es una función que depende, tanto de la amplitud, como de la frecuencia de las componentes de perturbación. Los armónicos entre 540 Hz (noveno armónico) y 1200 Hz (veinte-avo armónico) son los que generalmente causan interferencia. Las tensiones y corrientes se incrementan con la frecuencia. Los armónicos múltiplos de tres (3ro, 9no y 15 avo) son especialmente importantes en sistemas de cuatro hilos. Estos circulan a través del neutro, que por lo común están colocados cerca de los cables de comunicaciones, causando interferencia (ver figura V-19).


Página:

39

Figura V-19. Interferencia Telefónica.

5.7.4.- Respuesta Característica del Sistema de Potencia. El efecto de una o más fuentes armónicas sobre un sistema de potencia, dependerá principalmente de las características de respuesta en frecuencia del mismo. Los dispositivos no lineales pueden ser representados generalmente como fuentes de corrientes armónicas. Por consiguiente, la distorsión armónica de tensión, en los sistemas de potencia, dependerá de las características de impedancia versus Frecuencia del sistema. Las características de respuesta en frecuencia del sistema son afectadas por un sin número de factores. Estos factores deben ser considerados cuando se realiza el análisis para un sistema específico. [3] • Capacidad de Corto Circuito. La capacidad de cortocircuito del sistema es un buen indicativo de su impedancia a la frecuencia fundamental en un punto de éste. Para alimentadores inductivos puros esta es, además, una medida de la impedancia del sistema a la frecuencia armónica cuando se multiplica por el orden del armónico. Los sistemas más robustos (con capacidad de cortocircuito muy alta) tienen una distorsión de voltaje menor, para el mismo tamaño de la fuente de corriente armónica, que los sistemas menos robustos (con capacidad de cortocircuito muy baja). • Bancos de Condensadores y Cables Aislados. Los bancos de condensadores usados para controlar la tensión y mejorar el factor de potencia así como los cables aislados, son los principales componentes que afectan las características de respuesta en frecuencia del sistema. La conexión de los condensadores puede causar condiciones de resonancia (tanto serie como paralelo) que pueden elevar los niveles de armónicos. Los bancos de condensadores son usados como una fuente de tensión para la conmutación de algunos convertidores de potencia estáticos. Ellos pueden ser considerados en paralelo con el sistema cuando se calcula la reactancia de conmutación, para así incrementar el cambio de la corriente respecto del tiempo de conmutación. Las capacitancias de carga en líneas de transmisión y los cables aislados también están en paralelo con la inductancia del sistema. Por consiguiente, ellos son similares a los condensadores paralelos con respecto al efecto de las características de respuesta en frecuencia. Usualmente los bancos de condensadores son predominantes en la industria y en los sistemas de distribución. • Característica de la Carga.


Página:

40

La carga tiene dos efectos importantes sobre las características de respuesta en frecuencia del sistema: a) La porción resistiva de la carga proporciona una amortiguación que afecta la impedancia del sistema cerca de la frecuencia de resonancia. La carga resistiva reduce la amplitud de los niveles de armónicos cerca de las frecuencias de resonancia paralelo. b) Los motores eléctricos y otras cargas dinámicas, que contribuyen a la capacidad de corto-circuito del sistema, pueden cambiar las frecuencias a las que ocurren las resonancias. Estas cargas aparecen en paralelo con la inductancia de corto-circuito del sistema cuando se calculan estas frecuencias. Las cargas de motores no proporcionan un amortiguamiento significativo de los picos de resonancia. Las corrientes armónicas que circulan a través de las impedancias del sistema de potencia, producen variaciones de tensión que resultan en tensiones armónicas vistas desde otras cargas. Si una de las cargas en el sistema de potencia presenta baja impedancia para un armónico en particular, esta carga proporcionará una vía de escape para esa corriente armónica. • Condiciones de Resonancia. Las condiciones de resonancia del sistema son los factores más importantes que afectan los niveles de armónicos del sistema. La resonancia paralela es una impedancia alta para el flujo de corriente armónica, mientras la resonancia serie es una impedancia baja para el flujo de corriente armónica. Cuando las condiciones de resonancia no son un problema, el sistema tiene la capacidad de absorber cantidades significativas de corrientes armónicas. Esto es solo cuando estas corrientes ven altas impedancias debido a la resonancia paralelo que ocurren de significativas distorsiones de tensión y ampliaciones de corriente. Por consiguiente, es importante poder analizar las características de respuesta en frecuencia del sistema y evitar problemas de resonancia del sistema. • Flujo Normal de Corrientes Armónicas. Las corrientes armónicas tienden a fluir desde las cargas no lineales (fuentes armónicas) hacia las impedancias más bajas, usualmente la fuente de energía (ver figura V-20). La impedancia de la fuente de energía es usualmente mucho más baja que los caminos ofrecidos por las cargas. Sin embargo, la corriente armónica se divide dependiendo de la proporción de impedancia. Los armónicos más altos fluirán hacia los condensadores que representan una impedancia baja a altas frecuencias.

Figura V-20. Flujo Normal de Corriente Armónica.


Página:

41

• Resonancia Paralela. La resonancia paralela (ver figura V-21) ocurre cuando la reactancia inductiva del sistema y las reactancias capacitivas son iguales a la misma frecuencia.

Figura V-21. Condición de Resonancia Paralela.

Si la combinación de bancos de condensadores y la inductancia del sistema resultan en una resonancia paralelo cercana a los armónicos característicos generados por una carga no lineal cuya corriente armónica excitará el circuito “tanque”, este provocará una corriente amplificada que oscilará entre la energía almacenada en la inductancia y la energía almacenada en la capacitancia. Esta alta oscilación de corriente puede causar distorsión de tensión e interferencia telefónica cuando los circuitos de distribución y los circuitos de telefonía están físicamente próximos. • Resonancia Serie. La resonancia serie es el resultado de series de combinaciones de bancos de condensadores y líneas o inductancias de transformadores. La resonancia serie presenta un camino de baja impedancia para corrientes armónicas y tiende a “atrapar” alguna corriente armónica a la cual ésta se ha ajustado. La resonancia serie puede resultar en niveles altos de distorsión de tensión entre la inductancia y la capacitancia del circuito serie. Un ejemplo de un circuito serie es un transformador de un centro de carga con condensadores conectados a su secundario (ver figura V-22). Este aparece como un circuito serie cuando es visto desde el primario del transformador.

Figura V-22. Resultado del Banco de Condensadores con Resonancia Serie.


Página:

42

• Cálculos para Determinar la Frecuencia de Resonancia. El cálculo más importante para un circuito es el de la frecuencia de resonancia. Este viene dado por: hr =

MVA sc = M varcap

Xc Xsc

(Ec. V-4)

donde, hr: es la frecuencia resonante como múltiplo de la frecuencia fundamental. MVAsc: es la potencia de cortocircuito en el punto de estudio. Mvarcap: es el valor nominal del condensador a la tensión del sistema. Xc: es la reactancia capacitiva del banco de condensadores a la frecuencia fundamental. Xsc: es la reactancia de cortocircuito de la subestación. Si la reactancia calculada está cerca de uno de los armónicos característicos de la fuente, el potencial para problemas deberá ser evaluado. El próximo paso es calcular la impedancia actual del sistema para los armónicos característicos de la fuente que está siendo considerada: Z( w ) =

R + jwL 1 − w 2 (LC) + jwRC

(Ec. V-5)

donde, Z(w) = Zh: es la impedancia del sistema en función de la frecuencia fundamental w = 2πf. R + jwL: es la impedancia de la fuente en función de la frecuencia. 1/jwC: es la reactancia capacitiva en función de la frecuencia. Una vez obtenido Zh para cada armónico característico, puede ser calculada la magnitud del tensión para cada armónico como sigue: Vh = Ih * Z h

(Ec. V-6)

donde, Vh: tensión de la fuente a cada armónico característico. Ih: la corriente de la fuente a cada armónico característico. Zh: Impedancia de la fuente a cada armónico característico. • Cálculos para Determinar la Probabilidad de Resonancia. En instalaciones con presencia de carga no lineal y bancos de condensadores para la corrección del factor de potencia, siempre surge la siguiente pregunta: ¿Cómo cuantificar la cantidad de reactivos que no produzcan problemas de resonancia?. Para esto es necesario analizar la red mediante simuladores y detectar dónde no se presentarán problemas de resonancia a una frecuencia “X” y en tal caso, se puede ver que a mayor cantidad de condensadores (shunt) la frecuencia resonante paralelo de la impedancia de la barra se hace menor.


Página:

43

fr =

1

(Ec. V-7)

2*π* L*C

donde, fr: Frecuencia Resonante. L: Inductancia del Sistema. C: Capacitancia del Sistema. De aquí se puede calcular la cantidad de microfaradios “C” que hace resonar el sistema en “X” Hz donde el valor de la inductancia “L” depende de la red. Un procedimiento práctico para detectar problemas de resonancia es utilizando la ecuación V-8. HSCR =

MVA sc Pnl

(Ec. V-8)

donde, MVAsc: es la potencia de cortocircuito en el punto de estudio. Pnl: Es la potencia real (kW) de la carga no lineal. HSCR: es un número que indica que si este es menor a 20 es altamente probable que ocurra resonancia. 5.7.5.- Distorsión Armónica de Corriente de Cargas Típicas. • Bombillos de Alta Eficiencia. Para un bombillo de alta eficiencia de 20 W, 120V, puede generar un THDi = 77,6%.

Figura V-23. Niveles de armónicos de corriente de Bombillos de Alta Eficiencia.


Página:

44

• Computador Personal (PC). Un computador personal (CPU) puede consumir 1,13 Amp (RMS) el cual puede producir un THDi = 67,9%.

Figura V-24. Niveles de armónicos de corriente de Computadores Personales.

• Convertidor de Frecuencia AC-AC de 6 pulsos. Un convertidor de frecuencia de 6 pulsos, de amplio uso por la industria petrolera como una opción más eficiente que los balancines para la extracción de crudo en pozos, puede producir un nivel típico de THDi = 32%.

Figura V-25. Niveles de armónicos de corriente en Convertidores AC-AC de 6 Pulsos.

• Hornos de Arco Eléctrico. Este tipo de carga nos es de uso masivo pero es utilizado en muchos países y en varias regiones de Venezuela. La operación de los hornos de arco introduce severas perturbaciones en el sistema eléctrico de potencia, estas perturbaciones son de dos tipos, variaciones de tensión por discontinuidades de la potencia suministrada por el horno y contaminación armónica producto de la no linealidad entre la tensión y la corriente del arco, la cual se propaga a todos los puntos de la red eléctrica.


Página:

45

En la figura V-26, se ilustra el contenido de armónico típico de corriente de un horno de arco para la producción de acero en dos fases del ciclo de fundición.

Figura V-26. Espectro de Armónicos de Corriente en un Horno de Arco de 18 MVA.

Figura V-27. THDi en un Horno de Arco de 18 MVA.

• Resumen de Otras Cargas.

Figura V-27. Resumen.


Página:

46

5.7.6.- Secuencia de los Armónicos. Armónico 0 (DC) 1 (Fundamental) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Frecuencia (Hz) 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660

Secuencia + 0 + 0 + 0 + -

Figura V-28. Secuencia de los Armónicos.

5.7.7.- El Factor de Potencia. El factor de potencia de la fundamental (FPF) es el ángulo de desplazamiento entre la corriente y la tensión a la frecuencia fundamental. Cuando no existe distorsión armónica, es decir, cuando la onda es puramente senoidal, éste es igual al ángulo del factor de potencia verdadero (FPV).

Potencia Activa kW(60 θ Potencia Aparente kVA(60 Hz)

Hz)

Potencia Reactiva kVAR(60 Hz)

Figura V-29. Representación del Triangulo de Potencia a 60 Hz sin Distorsión Armónica.

FPF =

kW 60Hz = Cos θ kVA 60Hz

(Ec. 9)

2 2 kVA 60Hz = kW60 Hz + kVAR 60Hz

(Ec. 10)

Donde, FPF: Factor de potencia de la fundamental. kW60Hz: Potencia Activa a la Frecuencia Fundamental. kVA60Hz: Potencia Aparente a la Frecuencia Fundamental. kVAR60Hz: Potencia Reactiva a la Frecuencia Fundamental. θ: Angulo de Separación entre los Vectores la Tensión y Corriente Fundamental de la misma Fase. El factor de potencia verdadero es el ángulo de desplazamiento entre la corriente y la tensión a valor RMS con contenido de tensiones y corrientes armónicas. A continuación se muestra una primera opción de interpretación desarrollada en la bibliografía [3].


Página:

47

Potencia Activa kW(60 Hz) θ

θ´


kVA(RMS)

Potencia Aparente kVA(60 Hz)

kVA (h)

Figura V-30. Representación del Triangulo de Potencia bajo Distorsión Armónica.

kW RMS = Cos θ´ kVA RMS

FPV =

(Ec. 11)

2 2 2 2 kVA RMS = kW 60 Hz + kW h + kVAR 60Hz + kVAR h (Ec. 12)

FPV = Cos (θ´) < FPF = Cos (θ1)

(Ec. 13)

Donde, FPF: Factor de Potencia de la Fundamental. FPV: Factor de Potencia Verdadero. KWRMS: Potencia Activa de todo el Espectro de Frecuencia. KWh: Potencia Activa a la Frecuencia Armónica. kVA60Hz: Potencia Aparente a la Frecuencia Fundamental. KVARMS: Potencia Aparente de Todo el Espectro de Frecuencia. kVAR60Hz: Potencia Reactiva a la Frecuencia Fundamental. KVARh: Potencia Reactiva a la Frecuencia Armónica. KVAh: Potencia Aparente a la Frecuencia Armónica. θ1: Angulo de Separación entre los Vectores la Tensión y Corriente Fundamental de la misma Fase. θ: Angulo de Separación entre los Vectores la Tensión y Corriente RMS de la misma Fase. Otra opción para interpretar el efecto de la distorsión armónica en el factor de potencia es el siguiente [14]: ∞

FPV =

Partiendo que el factor de potencia verdadero es:

PRMS = IRMS * VRMS

∑ Vn * In * Cos θn

n =1

∞

2

∑ Vn *

n =1 ∞

Si, THD v =

∑ Vn

∞

∑ In

(Ec. 14) 2

n =1

2

n =1

V1

∞

2

, entonces despejando: ∑ Vn = THD v * V1 , sustituyendo este factor en la ecuación n =1

(Ec. 14) tanto para tensión como corriente queda: FPV =

V1 * I1 * Cos θ1 THD v * V1 * THD I * I1

Si se asume que el THDV tiende a cero, entonces: V1 * I1 * Cos θ1 >> Vn * In * Cosθ n , para n > 1. Entonces, FPV =

V1 * I1 * Cos θ1 V1 * I1 * 1 +

THD I2

= Cos θ1 *

1 1 + THD I2

= FPF * FPD


Página:

48

Por lo que, FPD =

1 1+

(Ec. 14)

THD I2

FPF = Cos θ1 =

y

P1 Q1

(Ec. 15)

Nótese que Cos θ1 ≤ 1 , luego FPV ≤ FPD Entonces: FPV =

P1 S1 * 1 +

THD I2

=

P1 2

2

=

S 1 * (1 + THD I )

P1 2

S 1 + (S 1 * THD I )

2

=

P1 2

2

P1 + Q 1 + (S 1 * THD I ) 2

Si renombramos: D = S1 * THD I Entonces: FPV =

P1 2

2

P1 + Q 1 + D 2

(Ec. 16) ,

donde D es el factor de distorsión.

Potencia Activa kW(60 Hz) θ

Potencia Aparente kVA(60 Hz)

θ´


kVA(RMS) D

Figura V-31. Alternativa de Representación del Triángulo de Potencia bajo Distorsión Armónica.

La diferencia entre las dos opciones de interpretación matemática del efecto de la distorsión armónica en el cálculo del factor de potencia radica en que la segunda opción asume que la distorsión armónica de tensión es casi cero, asumiendo que la señal de tensión es senoidal casi pura. Siendo la primera opción de interpretación más exacta ya que incluye la componente de distorsión armónica de tensión que pueda existir. 5.7.8.- Impacto de los Armónicos en Instalaciones Industriales. Las cargas industriales son consumidoras por excelencia de reactivos, debido a la utilización de motores de inducción. La posibilidad de las empresas eléctricas de penalizar económicamente estos bajos factores de potencia hace más económico para los industriales instalar bancos de condensadores, llevando el factor de potencia casi a la unidad y disminuyendo su facturación por demanda. Esta situación ha cambiado con el incremento de la productividad de los clientes industriales, debido a la proliferación del uso de la electrónica de potencia en sus procesos (control de motores DC y AC, carga no lineal), los cuales producen armónicos de tensión y especialmente de corriente. Desconociendo los efectos de la combinación de carga no lineal y compensación reactiva, los clientes industriales realizan inyección de reactivos desconociendo los posibles efectos con respecto a la calidad de energía que estos pueden causar en sus instalaciones, así como en la red eléctrica de la cual se alimentan. Muchos procesos industriales implican el uso de cargas no lineales. Entre estas cargas están: Mecanismos de Control de Velocidad de los Motores, Grandes Rectificadores, Hornos de Inducción, Hornos de Arcos y Equipos DC. Muchas industrias frecuentemente utilizan condensadores para corregir el factor de potencia, ya que algunas cargas industriales como los motores, poseen un bajo factor de potencia. Estos condensadores crean condiciones de resonancia que pueden magnificar la corriente armónica de las cargas no lineales. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

49

Las cargas industriales que frecuentemente predominan son los motores así como otras que no poseen mucha resistencia a las condiciones de resonancia de la frecuencia armónica (ver figura 32). Así mismo, la aplicación de condensadores puede crear más problemas en los usuarios industriales ya que ellos pueden ser una carga resistiva significante sobre el sistema de distribución.

Figura V-32. Sistema de Potencia Industrial Típico.

Los sistemas de potencia industriales son parecidos a los sistemas de distribución compactos (ver figura V-32), con unas diferencias muy importantes: • La respuesta en frecuencia usualmente es dominada por bancos de condensadores relativamente

grandes e inductancias de corto circuito. La resonancia asociada está a menudo cerca de los armónicos de orden bajo debido a las características del factor de potencia de las cargas industriales. Las impedancias de línea y del conductor son a menudo despreciables. • El porcentaje de armónicos producidos por las cargas industriales a menudo es superior que el

producido por los sistemas de distribución. De hecho, la mayoría de las cargas pueden ser dispositivos no lineales (p.e., rectificadores, hornos de arco, variadores de velocidad ajustable, etc.). • Esta a menudo es un tipo de carga de resistencia muy pequeña para proporcionar un

amortiguamiento cercano a la frecuencia de resonancia, trayendo como resultado más distorsiones armónicas severas. Las cargas de motores son importantes ya que ellas cambian las frecuencias de resonancia. • Muchos sistemas industriales pueden ser analizados con una representación balanceada. Las

cargas generalmente son cargas balanceadas trifásicas (incluyendo fuentes armónicas), y usan bancos de condensadores trifásicos.


Página:

50

5.7.9.- Impacto de los Armónicos en Instalaciones Comerciales y de Oficinas. La evaluación de la distorsión armónica en edificios comerciales está cobrando importancia por las siguientes razones: • El aumento del uso de equipos electrónicos, alimentados por fuentes conmutables, como

computadores, circuitos cerrados de televisión, luces fluorescentes, sistemas de sonido, etc. la mayoría de los cuales aunque de baja potencia, generan altos niveles de distorsión armónica. • La iluminación fluorescente de alta eficiencia que usa balastos electrónicos, genera una distorsión

armónica superior convencionales.

a la producida por las luminarias fluorescente con balastos magnéticos

• Gran parte de la carga de los sistemas de aclimatación de los edificios (ventilación y aire

acondicionado) está migrando hacia el uso de convertidores estáticos en el control de motores para mejorar la eficiencia total de la instalación; los cuales producen cantidades significativas de armónicos de corriente. La contaminación eléctrica producida por estos equipos puede resultar en altos contenidos de corrientes por el conductor del neutro, causando recalentamiento del transformador y eventualmente interferencias con sistemas de comunicación. Los efectos acumulativos de las diferentes fuentes dependen de la configuración del sistema.

Figura V-33. Diagrama ilustrativa de la alimentación de una típica instalación comercial.

La distorsión armónica dependerá de la diversidad de cargas existentes en la instalación; de hecho, usualmente hay una significativa cancelación de ciertos armónicos en instalaciones comerciales debido a la variedad de equipos conectados. La distorsión armónica de tensión dependerá de la impedancia de la red y las características de la carga que generan los armónicos de corriente. La impedancia interna equivalente es determinada principalmente por la impedancia del transformador de potencia y de los conductores, dado que la corrección del factor de potencia no es tan usual en instalaciones comerciales como en las instalaciones industriales. En caso de existir condensadores para la corrección del factor de potencia, debe evaluarse cuidadosamente la posibilidad de resonancia.


Página:

51

Las cargas típicas en las instalaciones comerciales presentan distorsión armónica, por lo que se esperarían altos niveles de contaminación en la acometida de la instalación, sin embargo usualmente no es el caso. La cancelación de armónicos entre las distintas cargas es la principal razón por la que la corriente total de la acometida de la instalación no exceda los límites especificados en las Normas. Esta situación puede cambiar en la medida que muchos centros comerciales utilicen convertidores estáticos para el control de motores en sistemas de: aire acondicionado, elevadores, hidroneumáticos, ventilación forzada, etc. La figura 34, muestra la forma de onda de la corriente en diversos puntos de una instalación comercial. Se puede observar que hay bajos niveles de distorsión armónica en la acometida a pesar de encontrarse altos niveles de distorsión armónica en las cargas individuales.

Figura V-34. Distribución típica en una instalación.

El efecto neto de las diferentes cargas puede ser analizado con una representación sencilla del sistema tal como indicado en la figura V-34. Con este tipo de modelo los niveles de armónicos de la instalación pueden ser estimados caracterizando la carga del edificio en sus componentes mayores, ya sea realizando mediciones o estimando el contenido de armónicos para cada una de sus componentes. Un ejemplo de este tipo de análisis basado en las características de los tipos de cargas mayores se indica en la tabla V-1.

Casos

1 2 3 4

Descripción

Caso Base Alta Cantidad de Carga de Luminarias Alta Cantidad de Carga Electrónica Alta Cantidad de ASD

Niveles de Carga No Lineal (% de la Carga Total)

Niveles de Distorsión Armónica Total en % de la Fundamenta (TDTi) Tensión Corriente

Electrónica

Luminarias

ASD´s

20%

30%

5%

3.5%

14.5%

20%

60%

5%

3.9%

17.1%

40%

30%

5%

5.7%

21.8%

20%

30%

10%

5.1%

20.3%

Tabla V-1. Distribución típica.


Página:

52

5.7.10.- Impacto de los Armónicos en Instalaciones Residenciales. En el caso residencial los niveles de distorsión armónica permisibles son relativamente bajos y por su baja carga no han sido tomada en cuenta, sin embargo en la actualidad, debido al incremento progresivo de las cargas no lineales en el sector residencial, en ciertos casos es necesario su evaluación. En la mayoría de las redes de distribución, se suministra el servicio a varias residencias desde el mismo transformador de la red de distribución, como se ilustra en la figura V-35. En esta configuración, el PCC para determinar el grado de contaminación armónica, debe estar a la entrada del servicio de cada instalación residencial (punto de medición de energía). El nivel de armónicos de tensión, estará en función de la impedancia del sistema y la combinación de las corrientes armónicas inyectadas por cada una de las residencias que están conectadas al mismo transformador.

Figura V-35. Diagrama ilustrativo de la alimentación de una típica instalación residencial.

Los armónicos de tercer orden y sus múltiplos son de particular interés en sistemas de suministro monofásico, debido a que todas ellas producen armónicos que se suman. A diferencia de los sistemas trifásicos, los efectos de cancelación no se producen. En la tabla V-2, se muestra algunas de las cargas típicas residenciales productoras de armónicas de corriente. Corriente de THDi(%) I3 (%) I5 (%) I7 (%) Carga RMS Secadora 25.3 4.6 3.9 2.3 0.3 Cocina 24.3 3.6 3.0 1.8 0.9 Refrigerador 1 2.7 13.4 9.2 8.9 1.2 Refrigerador 2 3.2 10.4 9.3 3.7 0.8 Computadoras e Imp. 1.1 140.0 91.0 75.2 58.2 Televisor a Color 0.7 120.8 85.0 60.6 34.6 Microondas 1 11.7 18.2 15.7 5.1 3.2 Microondas 2 11.7 26.4 23.3 9.6 2.2 Luz Controlada 1.6 49.7 41.2 16.0 12.1 Secador de Pelo 25.3 4.6 3.9 2.3 0.3 Fluorescentes de Techo 2.5 39.5 36.9 13.8 2.3 Fluorescentes de Mesa 0.6 27.6 17.1 3.4 2.0 Aspiradora 6.0 25.9 25.7 2.7 1.8 Tabla V-2. Resumen de cargas típicas residenciales Productoras de armónicos. Tipo de Carga


I9 (%) 0.3 0.2 0.6 0.2 39.0 14.6 2.1 1.6 10.0 0.3 1.4 0.6 0.4

Página:

53

5.7.11.- Impacto de los Armónicos en la Redes de Media Tensión. Las características de respuesta de frecuencia de los sistemas de distribución son dominadas por la interacción entre los condensadores en paralelo y las inductancias del sistema (ver figura V-36). La amortiguación proporcionada por las cargas del sistema es importante. Cerca de los bancos de condensadores, y la capacitancia de los cables aislados puede influir en la resonancia del sistema. Xt

XL

Cargas

XL

XL

XC

XC

Cargas

XL

XC

Cargas

XC

Cargas

Figura V-36. Características del Sistema de Distribución Típico.

Las más severas condiciones de resonancia ocurren cuando un solo banco de condensadores grande es el principal medio de compensación paralela en el sistema (un banco de condensador grande en una subestación, por ejemplo). En este caso, este es un punto de resonancia en el sistema, y distorsión de tensión significativa y aumento de corrientes armónicas pueden ocurrir si esta resonancia corresponde a una corriente armónica generada por cargas no lineales. Es completamente común para esta resonancia ocurrir cerca del quinto armónico, como es el caso para las características de respuesta de frecuencia ilustradas en la figura V-37. Cuando un número de pequeños bancos de condensadores son aplicados a todo el sistema de distribución, estos generarán un número de frecuencias resonantes diferentes. Si estos condensadores son cambiados, la resonancia característica del sistema llega a ser más difícil de determinar. Cada una de estas resonancias generalmente tiene magnitudes que son menores que las magnitudes que pueden ser asociadas con una resonancia mayor. Por tanto, el efecto de distribuir los condensadores alrededor del sistema puede reducir el potencial para problemas debidos a una resonancia mayor. La colocación de un condensador introduce una resonancia paralela adicional que puede interactuar con corrientes armónicas. La distorsión armónica de tensión generalmente es peor cuando los condensadores están en servicio cerca de los extremos del alimentador, resultando en una mayor inductancia de línea, que ajusta la resonancia a muy bajas frecuencias e incrementa la distancia a las que fluirán las corrientes armónicas.


Página:

54

0.6 20% Resistencia de Carga Magnitud de la Impedancia (pu)

0.5

50% Resistencia de Carga 100% Resistencia de Carga

0.4

0.3

0.2

0.1

0 1

2

3

4

5

6

Número de Armónico

Figura V-37. Características de Respuesta de Frecuencia para Diferentes Porcentajes de Carga.

Como se menciono previamente, la amortiguación provista por cargas es muy importante en sistemas de distribución. Este es a menudo el factor que previene las condiciones de resonancia de problemas causados por armónicos significativos. La componente resistiva de la carga es el factor más importante. El análisis de los sistemas balanceados no se aplica en muchos casos. Sin embargo, este proporciona información útil en casos con grandes fuentes armónicas trifásicas ó en casos en que la localización de las fases de cargas monofásicas no son conocidas. Algunas de las siguientes condiciones pueden resultar en la necesidad de analizar la respuesta de los sistemas de distribución con total representación trifásica: • Grandes fuentes armónicas monofásicas (cargas no lineales). • Características de carga significativamente desbalanceada. • Bancos de condensadores monofásicos en el sistema.

7.12.- El neutro y los Terceros Armónicos. Cuando cargas monofásicos son alimentadas desde un sistema trifásico - 4 hilos, se presenta un problema debido a las magnitudes de corriente presentes en el conductor del neutro, ésta es el resultado de la carga desbalanceada. En circuitos balanceados, la corriente por el neutro es pequeña. Lo que ha motivado la práctica de colocar conductores de menor calibre, al utilizado para cada fase. Con cargas no lineales, las corrientes que circulan por el neutro pueden ser de magnitud apreciable, esto se debe a que los armónicos impares múltiplos de tres son de secuencia cero, por lo que se suman y drenan por el neutro; en lugar de cancelarse como ocurre con los de secuencia positiva o negativa. El tercer armónico es el mayor componente generado por los puentes rectificadores monofásicos utilizados por las cargas electrónicas o los balastos electrónicos utilizados por las luces fluorescentes.


Página:

55

Para determinar el calibre del conductor de neutro, se debe considerar el efecto de los armónicos impares múltiplos de tres. En el caso de circuitos con cargas no lineales, el tercer armónico puede llegar al 70% de la fundamental. Asumiendo que las cargas son balanceadas y todas presentan las mismas características no lineales, entonces las corrientes de fase y el neutro se pueden calcular de la siguiente forma: Se calcula la corriente RMS basada en la presencia de corriente fundamental a 60Hz y corriente de tercer armónico a 180 Hz (ver ecuación 17). Ifase=(I12+I32)1/2=(1.02+0.72)1/2=1.22

(Ec. 17)

Se calcula la corriente de secuencia cero que podría circular por el neutro (ver ecuación 18). Ineutro=(I3+I3+I3)=(0.7+0.7+0.7)1/2=2.1

(Ec. 18)

Como se evidencia en la ecuación 19 la corriente que circulará por el neutro podría alcanzar 172% de la corriente de fase. Ineutro/Ifase=2.1/1.22=1.72

(Ec. 19)

En conclusión los conductores de neutro en sistemas que alimentan cargas no lineales, no deben ser de menor capacidad de corriente que el conductor de la fase. En casos extremos, el conductor del neutro podría requerir tener la capacidad de casi dos veces que los conductores de la fase. La figura V-38, ilustra cómo el neutro presente es dominado por el tercer componente del armónico en este tipo de circuito.

Figura V-38. Distribución de los Terceros Armónicos en una Instalación Comercial.


Página:

56

A continuación se presenta una fórmula aproximada para calcular la corriente de neutro como un porcentaje de la corriente de la fase, asumiendo que la carga del circuito es balanceada y que la carga presenta un componente de tercer armónico igual al 70% de la fundamental. Ineutro rms = 3

2 0.56p nl 2 1 + 0.56p nl

Ifase rms

(Ec. 20)

donde: pnl: relación entre carga no lineal y la carga total de la instalación. Algunas soluciones posibles: • • •

Aumentó de capacidad del conductor del neutro. Utilizar transformador con conexión zig-zag o delta en lado secundario. Filtrar el tercer armónico directamente en la carga o en el transformador.

En el caso de luminarias fluorescentes, asumiendo que la carga es balanceada y presenta un componente de tercer armónico igual al 30% de la fundamental se tiene: Ifase = ( I12 + I32 )1/2 = (1.02 + 0.32 )1/2 = 1.04 Ineutro = ( I3 +I3 +I3 ) = (0.3 + 0.3 + 0.3) = 0.9 Ineutro / Ifase = 0.9/1.04 = 0.87

(Ec. 21) (Ec. 22) (Ec. 23)

Según el cálculo anterior en circuitos que alimentan carga de alumbrado fluorescente, la corriente en el neutro será inferior a la corriente de fase. En este caso es suficiente colocar el conductor del neutro de la misma capacidad que los conductores de la fase. 5.8.- Muescas “Notch”. 5.8.1.- Definición. Las muescas “Notch” son perturbaciones de la tensión, de corta duración y periódicas que causan una distorsión de la onda de tensión de forma de pequeños huecos ver figura V-39. El Notch se puede definir mediante su profundidad (∆V) y su duración en grados eléctricos (ángulo µ).

Figura V-39. Ejemplo de Notch causado por un convertidor.


Página:

57

5.8.2.- Causa. Las muescas son producidas principalmente por la conmutación de dispositivos electrónicos de potencia. Durante el proceso de operación la corriente es conmutada de una fase a la siguiente, creando un cortocircuito fase a fase momentáneo. La figura IV-40 se muestra un puente convertidor con control total trifásico típico. Los tiristores operan en pares para convertir tres fases AC a CC mediante el cambio de la carga entre los varios pares de tiristores seis veces por ciclo, durante el proceso, un breve cortocircuito produce una leve muesca en forma de una onda de tensión línea a línea.

Figura V-40. Convertidor de Onda Completa Trifásico.

5.8.3.- Efectos. • Altera las formas de onda y puede afectar a otras cargas y principalmente a los controladores de dichas cargas. • Genera armónicos de alta frecuencias que pueden circular por el sistema y producir resonancias: lo que también puede afectar a los sistemas de control de los dispositivos en barra adyacentes. • Si la profundidad del Notch es tal que realice un cruce por cero, esto puede causar la operación errática de cargas basadas en electrónica.

Figura V-41. Ejemplos de mediciones reales de ondas con contenido de Notch fuera de límite.

5.9.- Inter Armónicos.


Página:

58

5.9.1.- Definición. Es la componente de frecuencia de una cantidad periódica, que no es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental del sistema.

Figura V-42. Ejemplo de una onda con contenido Inter Armónico.

5.9.2.- Causa y Efectos. Las principales fuentes de distorsión de forma de onda por inter-armónicos son hornos de arco.

5.10.- Desplazamiento de la Onda AC (DC Offset). 5.10.1.- Definición. La presencia de una tensión o corriente continua (DC) en un sistema de potencia alterno (AC) es el desplazamiento de la onda senoidal de su eje natural.

Figura V-43. Ejemplo de una onda con Desplazamiento de su Eje.

5.10.2.- Causa. Este desplazamiento puede ocurrir como el resultado de una perturbación geomagnética o debida a problemas en la rectificación de onda de los equipos de electrónica de potencia.


Página:

59

5.10.3.- Efectos. La presencia de esta perturbación puede traer consecuencias negativas en los núcleos de los transformadores pues se pueden saturar en operación normal, causando recalentamiento adicional y perdida de la vida útil del mismo. Otro de los efectos del DC en redes AC es que puede causar erosión electrolítica en los electrodos de puesta a tierra y otros conductores.

Figura V-44. Descripción del Fenómeno sobre las Redes Eléctricas.

5.11.- Fluctuaciones Rápidas de Tensión (Flicker). 5.11.1.- Definición. La fluctuaciones rápidas de tensión son variaciones sistemáticas de tensión o una serie de cambios de tensión aleatorios. La magnitud normalmente no excede los rangos especificados por las normas COVENIN 159 y la ANSI C.84.1 sobre tensiones normalizadas. La señal de la fluctuación rápida de tensión por lo general posee magnitudes tan bajas como 0,5% del valor nominal y frecuencias entre 6 y 8 Hz (ver figura V-45). El “flicker” es la percepción de la variación de la luminosidad de una lámpara, ocasionada por fluctuaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica. Origina en quien lo percibe una sensación desagradable. Este fenómeno depende fundamentalmente de la amplitud, frecuencia y duración de las fluctuaciones de tensión que lo causan, éstas pueden oscilar entre los 0.5Hz y los 25Hz de frecuencia.


Página:

60

1

1

5

0

-

-

-

Figura V-45. Ejemplo de una onda de tensión con fluctuaciones rápidas de tensión.

Las fluctuaciones de tensión son variaciones periódicas o series de cambios aleatorios en la tensión de la red eléctrica. A su vez, las variaciones de tensión se definen como cambios en el valor eficaz o valor de pico de tensión entre dos niveles consecutivos que se mantienen durante un tiempo finito no especificado. Su duración va desde varios milisegundos hasta unos 10 segundos y con una amplitud que no supera el ± 10% del valor nominal.

Figura V-46. Diferencia entre Flicker, Sags, Swell e Interrupción.

5.11.2.- Causa. Este fenómeno por lo general es causado por variaciones continuas y bruscas de la magnitud de la corriente de carga que genera la fluctuación rápida de tensión, y causa un efecto de titilación o Flicker (ingles). La mayor causa de Flicker proviene de equipos que utiliza el usuario bien sea residencial, comercial o industrial. De estos equipos los que mas comúnmente provocan este tipo de perturbación son aquellos que funcionan con potencia intermitente o fluctuaciones muy rápidas, como lo son: hornos de arco, soldadoras eléctricas, arranque de motores, etc. En el caso de los hornos de arco y las soldadoras de arco las fluctuaciones de tensión causadas por ellos pueden ser pensadas también como componentes inter-armónicas de baja frecuencia. A continuación se desarrolla la forma en que cada una de estas cargas provoca dicha perturbación.


Página:

61

Es importante observar que las fluctuaciones del voltaje causadas por las cargas industriales grandes podrían afectar a una gran cantidad de otros consumidores conectados a la misma red eléctrica. Puesto que la impedancia de las redes públicas de suministro eléctrico son diferentes de lugar en lugar, las fluctuaciones del voltaje producidas por una pieza particular de equipo varían considerablemente dependiendo del punto de la red pública de suministro en el cual el equipo está conectado, es decir, si está situado cerca de la fuente o lejos de la fuente. • Hornos de Arco. Esta carga a menudo representa el cliente más grande que pueda tener una compañía distribuidora de energía eléctrica. Se encuentran en industrias siderúrgicas y generalmente la compañía distribuidora les provee más de 100MVA [6]. Este tipo de horno es considerado como el mayor productor de fluctuaciones de tensión. Dicha operación tiene dos períodos: el de fundición y el de refinación. En el período de fundición el metal a reciclar es introducido en el horno de manera aleatoria, luego se introducen tres electrodos de carbono, que al hacer contacto con el material, ocasionan un efecto muy parecido a un cortocircuito en el lado secundario del transformador del horno. En consecuencia este período esta caracterizado por fuertes fluctuaciones de corriente a bajo factor de potencia. Mientras en el período de refinado, el metal ya fundido se encuentra en una especie de “piscina”, donde las longitudes del arco pueden ser mantenidas uniformemente gracias a los reguladores automáticos de electrodos trayendo como consecuencia la estabilidad de los arcos. Este período se caracteriza por tener una carga estable y un alto factor de potencia. El horno de arco no solo produciría componentes armónicos e interarmónicos de baja frecuencia, de corriente y de tensión en el punto de acoplamiento común (PCC) debido a la no linealidad del arco en el período de fundición. Existen dos parámetros que determinan las fluctuaciones de tensión producidas por el horno como lo son: la impedancia del sistema aguas arriba del PCC y la impedancia del transformador del horno. Además desde 1996 se introdujo una constante llamada depresión del voltaje de cortocircuito (SCVD) la cual relaciona el tamaño del horno de arco con la resistencia del sistema, es decir, el cambio del voltaje en el PCC que ocurre cuando los electrodos del horno son tomados del cortocircuito abierto en el momento de introducirlos en la carga fundida. Las fluctuaciones de tensión producidas por esta carga en su período de fundición pueden llegar a producir daños en el sistema eléctrico además de producir Flicker. • Arranque de motores. En esta categoría se incluyen ventiladores, bombas, compresores, refrigeradores, ascensores, máquinas herramienta, grúas, etc. En el momento del arranque un motor absorbe una corriente tan grande que puede llegar a siete veces la corriente nominal, desarrollando a su vez un gran torque que puede llegar a ser 160% de su valor nominal. Esto trae como consecuencia fuertes caídas momentáneas (dependiendo de la aceleración del proceso) de tensión lo que trae como consecuencia el mal funcionamiento de los equipos que estén conectados al sistema eléctrico, pudiendo llegar a la interrupción total del servicio debido al disparo de protecciones de sobrecorriente, etc. En muchos casos, la caída del voltaje creada durante el arranque del motor, independiente del tipo de carga mecánica, se considera erróneamente como fluctuación del voltaje, porque, si ocurre demasiado frecuentemente, causará el parpadeo ligero. • Soldadores Eléctricos.


Página:

62

Los soldadores eléctricos causan disturbios tales como demandas de corriente repentinas, factor de potencia bajo, desequilibrio trifásico, armónicos y corrientes D.C. Esto debido principalmente a que la mayoría de los soldadores están mas tiempo apagados que en funcionamiento, y por lo tanto la energía total consumida es pequeña comparada con demanda instantánea. Además, presentan grandes fluctuaciones del voltaje. Generalmente, la mayoría de los soldadores están situados en fábricas, donde está demanda es solo un pequeño porcentaje de la carga total. Prácticamente todos los soldadores eléctricos son monofásicos y existen dos tipos: de resistencia y de arco. En la mayoría de los soldadores, el voltaje de la fuente (usualmente esta entre 230 y 2300 V) se reduce por pasos (entre 1 y 20 V para la soldadura de resistencia y a partir de 15 a 80 V para la soldadura de arco) para suplir altas corrientes a través de las piezas que se soldarán. El problema principal se hace realmente serio cuando un transformador alimenta muchos soldadores que tengan operaciones al azar e independientes y ocasionalmente encienden varios soldadores al mismo tiempo. Es por ello que se dice que el soldador representa una carga muy particular ya que genera una gran cantidad de perturbaciones de tensión y corriente, y es además muy sensible a las fluctuaciones de tensión. • Generadores Auxiliares o de Emergencia. Los generadores de emergencia movidos por motores de combustión interna son probablemente responsables de la mayoría de los casos extraños de parpadeo no originados por la carga. El origen de las fluctuaciones del voltaje del generador ocurre por la inestabilidad en la velocidad angular. La variación total del voltaje es igual a la variación de la velocidad, dado a que la excitación es constante, ya que la constante de tiempo del campo de un generador movido por motor típico esta entre 0,5 a 2s, lo cual es muy grande en comparación con la gama del Flicker desagradable. Recientemente, este problema se confina a sistemas de potencia muy pequeños o donde existan casos de generadores movidos por motores de combustión interna y usados como reserva. Por ejemplo, a 0,7% de variación de velocidad en motores de dos tiempos de 300 RPM genera la fluctuación del voltaje del mismo porcentaje y con una frecuencia de 10Hz. Hay un caso reportado de flicker (tiene una magnitud de casi 3% y una frecuencia de 7.5Hz) que ha ocurrido debido a fallas de un motor de cuatro tiempos, 900 RPM y cuatro cilindros, de combustible metano. Esta frecuencia del flicker está muy cerca de la sensitividad máxima del ojo humano, y la magnitud es tan grande que puede molestar al 90% de las observaciones. • Turbinas de Viento. Cuando las turbinas de viento son utilizadas en forma aislada o en una granja de viento, donde la conexión eléctrica a la subestación más cercana de electricidad es débil, y donde la demanda local de electricidad pueda ser mucho menor que la capacidad de generación del viento, puede causar problemas de calidad de potencia. La causa principal del flicker producido por turbinas de viento, se debe al proceso de encendido y apagado cuando el viento lleva al generador desde la velocidad mínima de operación. La empresa de distribución de electricidad con la cual los generadores están conectados limita generalmente el número de las operaciones de conmutación a no más de tres a cuatro veces por hora. Otra solución posible es mantener el rotor detenido hasta que el viento alcance una velocidad estable más allá del valor mínimo de operación. De esta manera, de crean ciertas histéresis en el proceso de conmutación, reduciendo la emisión de flicker. Este problema es muy sensible cuando muchos generadores individuales forman la granja de viento, en donde la energía del viento no se distribuye uniforMEPente entre ellos. Dentro de los tipos de turbinas de viento, las de velocidad mínima de operación regulada produce menos disturbios que las turbinas de paso regulado, por otra parte, las de velocidad variable tienen muy poco efecto. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

63

• Electrónica de Potencia. Incluye todos los elementos de estado sólido gracias a los cuales es posible obtener fuentes de poder ininterrumpidas (UPS), inversores, rectificadores, controladores de velocidad para motores, etc. En general, todos los equipos que controlan energía (potencia) eléctrica mediante elementos de estado sólido. A estos se le agregan: máquinas de rayos X, máquinas fotocopiadoras, conmutación de bancos de condensadores para corrección del factor de potencia, algunas clases de equipos residenciales de B.T, entre otros. 5.11.3.- Efectos. El efecto de la titilación o Flicker causa variación en la luminiscencia de los bombillos incandescentes las cuales son percibidas por el ojo humano. Estas fluctuaciones pueden afectar el funcionamiento de equipos sensibles, como lo son: sistemas digitales de control, electromedicina, PLC, instrumentación, etc; que a su vez contribuyen a la contaminación de la red estableciendo un compromiso entre la emisión e inmunidad que debe ser resuelto por la CEM. Otro efecto son las anomalías en los sistemas de Iluminación, en especial en lámparas incandescentes y de descarga. Estos efectos pueden extenderse desde una irritación de menor importancia hasta un riesgo de salud, particularmente para las personas propensas a la epilepsia. Depende de la amplitud de las fluctuaciones, secuencia de repetición de las variaciones del voltaje, espectro de frecuencia y duración de la perturbación. 5.12.- Ruido. El ruido es un impulso repetitivo sobrepuesto en la onda senoidal de potencia. Los transmisores de radio, lámparas fluorescentes, ciertos tipos de cargadores de acumuladores, computadoras y conexiones eléctricas flojas pueden ocasionar ruido eléctrico (MIE). El rango de frecuencia y la magnitud del ruido dependen de la fuente que lo produce y de las características del sistema. Una magnitud de ruido típica aceptable es menor al 1% de la tensión nominal.

Figura V-47. Onda de Tensión con armónicos de muy alta frecuencia.


Página:

64

5.13.- Desbalance o Asimetría de Tensión. Una definición de desbalance es la máxima diferencia, que existe entre una de las fases de tensión y el promedio, dividido por el promedio, expresado en porcentaje.

Figura V-48. Registro de desvalance de tensión.

La asimetría de tensión se definie mediante la relación entre la componente de secuencia negativa y positiva (V- / V+). El máximo valor de % de Desbalance permitido es de un 2%. % de Desbalance =

Pr omedio =

donde,

Máx.(D1, D 2 , D 3 ) × 100% Pr omedio

(V1 + V2 + V3 ) 3

× 100

D1 = Abs(Pr omedio − V1 ) D 2 = Abs(Pr omedio − V2 ) D 3 = Abs(Pr omedio − V3 )

(Ec. 24)

(Ec. 25)

(Ec. 26) (Ec. 27) (Ec. 28)

5.14.- Variación de la Frecuencia Fundamental. Se dice que existen variaciones de frecuencia en un sistema eléctrico de corriente alterna cuando se produce una alteración del equilibrio entre la carga y generación. La frecuencia del sistema está directamente relacionada con la velocidad de giro de los generadores, es decir, con el número de revoluciones por minuto de los mismos. Las variaciones de frecuencia son definidas como la desviación de la frecuencia fundamental del sistema de potencia, es decir, de su valor nominal especificado (ejemplo 60Hz). Existen pequeñas variaciones en la frecuencia como consecuencia del balance dinámico entre la generación y la carga. La magnitud de las desviaciones de frecuencia y su duración depende de las características de carga y de la respuesta del control de la generación a los cambios de carga.


Página:

65

Las variaciones de frecuencia que salen de los límites aceptados para el régimen casi estacionario del sistema eléctrico de potencia, pueden ser causados por fallas en el sistema de transmisión cuando sale un gran bloque de carga, o cuando un grupo generador sale de servicio.

Figura V-49. Registro de variación de la frecuencia fundamental.

5.15.- Resumen de la Caracterización de las Perturbaciones Electromagnéticas.

Categorías

IEEE Std. 1159 Contenido Espectral Duración Típica Típico

Transitorios De Impulso Nanosegundo 5 ns de pendiente Microsegundo 1µs de pendiente milisegundo 0,1 ms de pendiente Oscilatorios Baja Frecuencia 5 kHz Media Frecuencia 5 – 500 kHz Alta Frecuencia 0,5 – 5 MHz Variaciones de Corta Duración Instantánea Caídas (Sags) Subidas (Swell) Momentánea Interrupción Caidas (Sags) Subidas (Swell) Temporales Interrupción Caidas (Sags) Subidas (Swell) Variaciones de Larga Duración Interrupciones

Magnitud Típica

< 50 ns 50 ns – 1 ms > 1 ms 0,3 – 50 ms 20 µs 5 µs

0 – 4 pu 0 – 8 pu 0 – 4 pu

0,5 ciclos – 30 ciclos 0,5 ciclos – 30 ciclos

0,1 – 0,9 pu 1,1 – 1,8 pu

0,5 s – 3 s 0,5 s – 3 s 0,5 s – 3 s

0,1 pu 0,1 – 0,9 pu 1,1 – 1,4 pu

3 s – 1 min 3 s – 1 min 3 s – 1 min

< 0,1pu 0,1 – 09 pu 1,1 – 1,2 pu

> 1 min

0,0 pu


Página:

66

Sostenidas Sub Tensiones Sobre Tensiones Desbalance Tensión Corriente Distorsión de la Forma de Onda Presencia de DC Armónicos 0 – 9 kHz Inter. Armónicos 0 – 9 kHz Notches Ruido Banda Ancha Fluctuaciones Rápidas de Tensión Flicker 25 Hz

> 1 min > 1 min

0,8 – 0,9 pu 1,1 – 1,2 pu

Régimen Estacionario 0,5 – 2% Régimen Estacionario 1 – 30% Régimen Estacionario Régimen Estacionario Régimen Estacionario Régimen Estacionario Régimen Estacionario

0 – 0,1% 0 – 20% 0 – 2% 0 – 1%

Intermitente

0,1 – 7% ∆V/V 0,2 – 2 Pst

< 10 s

± 0,10 Hz

Variaciones de Frecuencia Fundamental Tabla V-3. Resumen de la Caracterización de las Perturbaciones según la IEEE 1159.

5.16.- Referencias Bibliográficas. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]

McGranaghan M., Dugan R., Beaty W., “Electrical Power Systems Quality”, McGraw-Hill Books, 1996. Electrotek. Allan Greenwood, “Electrical Transients in Power Systems”, Second Edition, 1991. Norma Técnica Venezolana COVENIN 3842:2004, “Control de Armónicos en Sistemas Eléctrico”. IEEE/ANSI 519-1992, “Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems”. IEEE Std. 1100-1999, “Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment Emerald Book”. IEEE Std. 1159-1995, “Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality”. IEEE Std. 1159-2005, Draft 4, “Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality”. Sánchez H., Acero G., Villasmil J., Saucedo J., Quintana C., “Calidad de la Energía Eléctrica – CEL”, ACIEM, Colombia 2001. Norma Técnica Colombiana NTC-5000, “Calidad de Potencia Eléctrica (CPE), Definiciones y Términos Fundamentales”. José María Merino Azcárraga, “Convertidores de Frecuencia para Motores de Corriente Alterna”, McGraw-Hill, 1998, España. Maria Inmaculada Zamora Belver, Valentín Stadler, “Distorsión Armónica Producida por Convertidores Estaticos”, IBERDROLA S.A., 1997, España. Nicolás R. Estava M., “Identificación, Análisis y Solución a los Problemas de Calidad de la Energía en Sistemas Eléctricos de Potencia”, CADAFE C.A. de Administración y Fomento Eléctrico, Venezuela. Wladyslaw Mielczarski “Quality of Electricity Suply & Management of Network Losses”, 1997, Melbourne – Australia. IEEE Std.1433, “Standard Glossary of Power Quality Terminology”. Apuntes de Clase de “Sistema de Distribución” del Profesor: José Espina, Universidad del Zulia.


Página:

67

VI.- SOLUCIONES DE PROBLEMAS DE CALIDAD DE POTENCIA. Para resolver un problema de Calidad de Potencia genéricamente y asegurar la Compatibilidad Electromagnética del sistema eléctrico afectado, debe evaluar mediante: Reducción de la Emisión y/ó Reducción del Acople y/ó Incremento de la Inmunidad. Canal de Acoplamiento Receptor ó Victima

Fuente

Reducción de la Emisión de la Perturbación

Reducción o Protección del Acople

Incremento de la Inmunidad

Figura VI-1. Esquema Genérico para Solución de Problemas de Calidad de Potencia.

A continuación se describen las diferentes técnicas para el control de: Armónicos, Flicker, Sags, Swell y Transitorios. En la figura VI-2 se muestra un resumen en función de la perturbación y su solución. Como se muestra en este resumen existen soluciones que pueden contrarrestar varias perturbaciones al mismo tiempo.

Figura VI-2. Resumen de las Soluciones para Problemas de Calidad de Potencia.

A continuación se describen en detalle las soluciones mas utilizadas.


Página:

68

6.1.- Técnicas de Control de Armónicos. Cuando se ha identificado que el problema es a causa de armónicos, la solución mas adecuada, efectiva y mas utilizada en la actualidad es proporcionar un camino de baja impedancia en la barra de la carga para absorber las corrientes armónicas inyectadas al sistema. También existen otras alternativas tales como: • Redistribuir las cargas y/o separar circuitos para aislar los equipo causantes de problemas o de los circuitos sensibles. • Emplear transformadores y alimentaciones dedicadas. • Duplicar al doble o mas la sección de los conductores de neutro para el caso de instalaciones con cargas no lineales que contaminan con el tercer armónico. • Aumentar el nivel de corto circuito del sistema eléctrico. • Instalación de transformadores con factor K superior. Las soluciones anteriormente mencionadas no reducen la contaminación armónica, simplemente ocultan el problema haciendo mas robusto el sistema eléctrico. A continuación se describen las técnicas que si ofrecen una reducción de la contaminación armónica. 6.1.1.- Filtros. Existe dos tipos de filtros: pasivos y activos. Los filtros pasivos solo utilizan condensadores, inductancias y resistencias. Los filtros activos utilizan elementos semiconductores para el control. a).- Filtros Pasivos. a.1.) Descripción General. • Sus características son restringidas (porque generalmente están sintonizados a una sola frecuencia). • Tienen un menor costo el equipo y su mantenimiento comparado con los filtros activos. • Pueden construirse utilizando condensadores de corrección del factor de potencia. • Tienen buen rendimiento energético (pocas pérdidas), excepto en los filtros pasa banda u otros filtros complejos que incluyen resistencias. • No requieren mantenimiento especial. a.2).- Principales Conexiones. Filtros serie (baja impedancia): • La inductancia debe diseñarse para la corriente de carga. • La inductancia y el condensador se deben aislar a la tensión de la red. Filtros paralelo (alta impedancia): • Se pueden incorporar al filtro los condensadores para corregir el factor de potencia a frecuencia fundamental. • Pueden obtenerse arreglos para características múltiples de filtrado (puede filtrar mas de una frecuencia).


Página:

69

a.3).- Factores a ser Considerados para la Instalación de Filtros Pasivos. • Definir el punto donde se instalara el filtro. Bien sea que se instalara en un punto común de acoplamiento o directamente en la carga contaminante. • Ubicación y nivel de las cargas contaminantes. • Presencia de condensadores de corrección de factor de potencia. • Especificación de la capacidad de los condensadores de los filtros en rangos discretos. • Espectro armónico a considerar. • Variación de las cargas contaminantes. Se debe establecer si el filtro será fijo o deberá entrar por etapas en función del ciclo de carga. b.).- Filtros Activos. Descripción General. • Sus características son muy flexibles (dentro de ciertos limites, se pueden adaptar a las frecuencias que deben se filtradas). • Tienen un mayor costo comparado con los filtros pasivos. • Es necesario protegerlos contra sobre tensiones en la red. • Tiene necesidad de un mantenimiento especial. • Es difícil la construcción de un filtro de grandes proporciones y una respuesta rápida.

Figura VI-3. Esquema Genérico de un filtro Activo.

b.3).- Diseños. Para combinar las ventajas (y reducir las desventajas) de los filtros activos y pasivos, se han diseñado combinaciones de filtros para obtener: • Caractacterísticas independientes de la impedancia del sistema. • Capacidad para reducir la resonancia entre la impedancia de la fuente y los filtros pasivos. • Reducir los requerimientos de los dispositivos de potencia para construir el filtro activo, facilitando su implementación. 6.2.- Técnicas de Control de Flicker. Existen varias técnicas de control de fluctuaciones rápidas de tensión (flicker) algunas de ellas son: • Modificación de la Carga Perturbadora. Las fluctuaciones rápidas de tensión se pueden atenuar modificando el ciclo de trabajo de la carga perturbadora: el ritmo de soldadura en las soldadoras, la rapidez de rellenado de los hornos de arco,


Página:

70

el modo de arranque de un motor cuando es directo y frecuente puede ser llevado a un tipo de arranque que disminuya la sobreintensidad. • Volante de Inercia (UPS Rotativo). En casos donde la carga mecánica giratoria provoque fluctuaciones rápidas de tensión, la inserción de un volante de inercia sobre el eje del motor las reduce. Estos mecanismos forman parte de un sistema de alimentación ininterrumpible llamado UPS Rotativo, los cuales cuando aparece una bajada tensión (causada por mayor demanda de potencia mecánica), liberan la energía mecánica almacenada, manteniendo la tensión de alimentación. • Modificación de la Red. Según el contexto de la red, se consideran dos métodos: Distanciar (aislar) la carga perturbadora de los circuitos de iluminación. Aumentar la potencia de cortocircuito de la red decrementando la impedancia en el punto de acoplamiento común (PCC). Para aplicar estas técnicas de control se pueden considerar los siguientes esquemas: Conexión de los circuitos de iluminación lo más cerca posible del transformador que lo alimenta. En BT, aumento de la sección de los conductores. Conexión de la carga perturbadora a una red de tensión mayor. Alimentación de la carga por un transformador independiente. 6.3.- Técnicas de Control de Sag, Swell y Transitorios. Una solución común a este problema (Sags) es alimentar a los controladores electrónicos con un transformador de tensión constante u otro dispositivo de mitigación, para proporcionar la señal adecuada al controlador durante una caída de tensión. En general los dispositivos electrónicos que cuentan con una batería de respaldo no deben ser afectados por las reducciones de tensión de corta duración. • Compensador de Serie Estático (SSC): El propósito de un compensador estático en serie (SSC) es mitigar los efectos que los huecos de tensión y las interrupciones que se le producen a un cliente de carga sensible. El dispositivo se basa en electrónica de potencia, debido a que se conecta en serie directamente al circuito de distribución primario. El principio básico de funcionamiento es la inyección de energía al sistema capaz de compensar los efectos de las perturbaciones descritas. La limitación de este equipo es que solo es capaz de mitigar huecos de hasta 50% de la tensión nominal.


Página:

71

Figura IV-4. Configuración básica del SSC utilizando energía afectada de la línea.

• Regulador de Tensión Estático (SVR). El regulador de voltaje estático (SVR) emplea configuración y variaciones de tiristores para que el SVR pueda lograr la corrección de voltaje dentro de aproximadamente un ciclo. Sin embargo, este tipo de dispositivo está generalmente limitado en su objetivo de proporcionar la corrección para huecos de voltaje cuando el voltaje mínimo se encuentra por debajo del 50% aproximadamente del voltaje normal. Hay varios posibles arreglos del circuito para el regulador de voltaje estático (SVR) donde se presenta en las siguiente figura:

Figura VI-5. 11 Primer Ejemplo del SVR.

• Switch de Transferencia (TS). Este equipo es diseñado para proteger las cargas críticas de las perturbaciones en los sistemas de distribución, ésto se logra transfiriendo la carga crítica hasta otro sistema en mejores condiciones, en ese instante de tiempo donde esté presente la perturbación, dentro de este equipo de protección se encuentran 2 variaciones: 1- Switch de transferencia mecánica.


Página:

72

2- Switch de transferencia estático (a su vez dentro de este tipo se encuentran variaciones dependiendo de los elementos utilizados en su construcción). 2.1-. Tiristor (SCR). 2.2-. Tiristor apagable por compuerta (GTO). 2.3-. Switch de transferencia mecánico de alta velocidad (HSMTS). 2.4-. Switch de transferencia híbrido. A continuación se muestra el diagrama característico de funcionamiento del equipo en su principio básico.

Figura VI-6. Configuración de la conexión de un Switch de transferencia.

• Suplidor de Potencia Ininterrumpible (UPS). Estos pueden operar de dos formas: en línea o como respaldo. Garantizan la continuidad en la alimentación de cargas criticas, sin ningún tipo de transición. Con un inversor con PWM se puede obtener ondas de muy bajo contenido armónico hacia la carga.

Figura VI-7. Esquema de un UPS.

El rectificador – cargador clásico del UPS (puente controlador) introduce armónicas hacia el sistema, de magnitudes dependientes de su carga (alimentación del inversor y carga de baterías). Los nuevos UPS están diseñados con rectificadores que emplean la técnica PWM, con baja inyección armónica de baja frecuencia al sistema. • Supresores de Transitorios (Transiente Voltaje Surge Supresor - TVSS). Estos se tratan de un elemento conectado en paralelo con el receptor, que posee una impedancia muy elevada para valores cercanos a la tensión nominal de dicho receptor y muy baja, respecto de la de este, a partir de un valor determinado de tensión superior a la nominal.


Página:

73

6.4.- Referencias Bibliográficas. [1] McGranaghan M., Dugan R., Beaty W., “Electrical Power Systems Quality”, McGraw-Hill Books, 1996. Electrotek. [2] IEEE S-td. 1100-1999, “Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment Emerald Book”. [3] Wladyslaw Mielczarski “Quality of Electricity Suply & Management of Network Losses”, 1997, Melbourne – Australia. [4] EC&M Books “Practical Guide to Power Distribution Information Technology Equipment”, 1997. [5] EC&M Books “Quality Power for Sensitive Electronic Equipment”, 1997. [6] “Elaboración de Propuesta de Norma Técnica para el Control de Perturbaciones de Tensión (Transitorios, Sags, Swells) adaptado a las Condiciones del Sistema Eléctrico Venezolano”.Ivan E. Martinez R, Lino A. Nava V. [7] Joali Reyes, Trigal Gutierrez, “Propuestas para la Norma Técnica sobre el Control de Fluctuaciones Rapidas de Tensión (Flicker) Adaptada a las Condiciones del Sistema Electrico Venezolano”.


Página:

74

VII.- REGLAMENTOS Y NORMAS TÉCNICAS. El funcionamiento de los dispositivos y sistemas electromecánicos no eran generalmente sensibles, (en el pasado), a las perturbaciones electromagnéticas. Los problemas de susceptibilidad provenían en su mayor parte de los fenómenos de baja frecuencia como armónicos ó las interrupciones de tensión. Los componentes y equipos electrónicos utilizados actualmente, son mucho mas sensibles a estas perturbaciones, particularmente a los fenómenos transitorios. La considerable expansión en la utilización de los dispositivos y equipos eléctricos ha incrementado el impacto y el peligro derivado del mal funcionamiento, averías, entre otros, que pueden provenir de las perturbaciones electromagnéticas por lo cual en los últimos 20 años se han venido desarrollando a nivel mundial normativas técnicas en el área de la Calidad de Potencia y en los últimos 10 años a raíz de los procesos de privatización de empresas eléctricas en países tales como Argentina, Chile, Perú, entre otros, se han desarrollado reglamentos técnicos con el fin de controlar la calidad de la tensión entregada por las empresas distribuidoras a los usuarios. Entre las instituciones de normalización reconocidos a nivel internacional están: • • • • • • • • • •

International Electrotechnical Commission – IEC. International Conference of Large Electrical Networks – CIGRE. European Comité for Standardization – CEN. Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique – CENELEC. Comisión Panamericana de Normas Técnicas – COPANT. Consejo de Armonización de Normas Electromecánicas Naciones de América – CANENA. Standards Council of Canada – SCC. American National Standards Institute – ANSI. Institute of Electrical and Electronic Engineering – IEEE. Codelectra (Venezuela).

7.1.- Porque Limitar la Calidad de Potencia?. Desde la década de los 70´s el uso masivo de equipos electrónicos en el mundo ha sido exponencial. Luego del embargo petrolero en 1973 y asociado al rápido incremento de los costos de energía, se creo un interés económico esencialmente para utilizar convertidores de electrónica de potencia en grandes sistemas industriales y la utilización de compensación reactiva para minimizar los costos de la energía. El desarrollo de equipos convertidores de potencia eficientes para soportar la evolución de la electrónica, enlazado con la conservación de la energía ha cambiado, y los equipos basados en electrónica cada vez son mas utilizados en instalaciones comerciales y residenciales, el uso se refleja principalmente en el incremento de equipos electrónicos domésticos basados en electrónica en especial los computadores personales. En la actualidad los niveles de Compatibilidad Electromagnética han sido sobre pasados por las perturbaciones generado por el tipo de carga utilizado actualmente existen por tanto es necesario establecer limites a las perturbaciones con el fin de garantizar que los equipos funcionen correctamente dentro de su ambiente. 7.2.- Diferencias entre un Reglamento y una Norma Técnica. Como característica fundamental, las normas técnicas son elaboradas por los organismos de normalización y son de carácter voluntario. En ocasiones estas son utilizadas por entidades gubernamentales para la descripción de aquellos productos y servicios que pueden constituir un riesgo para la seguridad, la protección de la vida y la salud humana, animal y vegetal, llegando incluso a reverenciar dentro de sus documentos oficiales. Estos documentos gubernamentales que incluyen descripción técnica son los denominados “Reglamentos Técnicos” los cuales en su mayoría se apoyan en leyes de la Republica ó Reino. De manera que la norma técnica que nace para


Página:

75

aplicación voluntaria puede ser de aplicación obligatoria por una decisión gubernamental. Las normas técnicas voluntarias, se pueden clasificar en cinco (5) grandes categorías: Internacionales, Regionales, Nacionales, de Asociación y de Empresa. La normalización es una herramienta dinámica que se desarrolla al tiempo con la tecnología para propender por la calidad e interoperabilidad de productos y servicios. El 23 de octubre del 2002 en la Gaceta Oficial No. 37.555 fue publicada la “Ley del Sistema Venezolano para la Calidad” la cual establece las reglas claras en los procesos de normalización y de reglamentaciones técnicas, y delimita las respectivas competencias de los sectores privados y públicos en dichas actividades. Esta nueva ley deroga la Ley sobre Normas Técnicas y Control de Calidad de 1979. En esta ley se establece que las normativas técnicas se derivan del Subsistema de Normalización. Estas son de naturaleza “voluntaria” cuyo articulado no establece la figura de “Norma Obligatoria”. Entre otros de sus objetivos, están los de proveer las bases para mejorar la calidad de productos, procesos y servicios; facilitar el comercio y servir de base a las Reglamentaciones Técnicas (ver Tabla VII-1). Aspectos

Normas Técnicas

Competencia

Motivación

Procesos Exigencia de Cumplimiento

Reglamentaciones Técnicas

Organismos de normalización.

Sólo organismos públicos (sector oficial).

Facilitar el comercio. Mejorar en forma voluntaria la calidad de productos, servicios y procesos.

Proteger a la población en materia de salud, seguridad y ambiente.

Consenso.

Consulta.

Contrato cliente – proveedor.

Estado.

Salud, seguridad, vida de las personas, medio ambiente y practicas que puedan inducir a error en estos temas y en metrología. Tabla VII-1. Resumen de Diferencias entre las Normas Técnicas y las Reglamentaciones Técnicas.

Criterios de Definición

Atributos o características de productos, servicios y procesos.

Las Reglamentaciones Técnicas proceden del subsistema respectivo y están referidas a los requisitos de productos, servicios o procesos que puedan constituir riesgos para la salud, el ambiente y la seguridad. Su observancia es obligatoria y corresponde al Estado su establecimiento, a través de las respectivas dependencias, así como su administración, vigilancia y aplicación. Contenido de Normas y Reglamentaciones Norma (Documento cuya Observancia es voluntaria)

•

Especificaciones o requisitos de productos, servicios o procesos.

•

Por su carácter voluntario, no establece vigilancia y control de aplicación.

•

No incluye partida arancelaria, por cuanto no lo contempla la estructura de las normas.

•

No contempla sanciones.

Reglamentación (Documento cuya Observancia es obligatoria)

•

Especificaciones o requisitos de productos, servicios, o procesos (*).

•

Establece a una entidad del Estado como responsable de la vigilancia y control de su aplicación.

•

Incluye partida arancelaria del producto referido en la reglamentación técnica.

•

Contempla sanciones oficiales por incumplimiento.

(*) Los organismos de la administración publica que dicten reglamentaciones técnicas, tomaran las normas, bien sea en su contenido o parte de ellas, como base preferencial para su formulación conforme a las características que deban ser de obligatorio cumplimiento. Tabla VII-2. Resumen del Contenido entre Normas Técnicas y las Reglamentaciones Técnicas.


Página:

76

7.3.- Normas y Reglamentos de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico. 7.3.1.- Reglamento de Servicio. Este es un conjunto de normas y condiciones que regirán la prestación del servicio de distribución y las relaciones entre la Distribuidora y sus usuarios. Este reglamento fue promulgado en la gaceta oficial No. 37.825 el 25 de Noviembre del 2003. Surge por la necesidad de poner reglas del juego claras y homogéneas. Esta regula establece obligaciones y derechos tanto de las empresas Distribuidoras y a los usuarios regulados. • Usuario: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

Obtener suministro de electricidad con calidad. Recibir atención de reclamos. Recibir la factura al menos con 10 días de anticipación. Disponer de un duplicado fiel de la factura original en las oficinas de atención. Recibir resarcimiento por daños atribuibles a la Distribuidora. Recibir notificación por suspensión. Pagar el servicio aún y cuando no reciba la factura. Mantener sus instalaciones según lo estipulado en el CEN y demás normas aplicables. Suministrar datos que requiera la distribuidora. Informar sobre los cambios que afecten el servicio. ♦ Usar el servicio según su categoría. No suministrarlo a terceros. ♦ No inyectar perturbaciones al sistema eléctrico. • Empresa Distribuidora: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

Cumplir los niveles de calidad de servicio exigidos en la Ley y definidos en la norma. Solucionar y responder reclamos. Entregar al usuario un ejemplar del Contrato. Someter a la aprobación del Regulador el modelo del Contrato. Suministrar energía sin costos por extensión, ni por aumento de capacidad a todo usuario menor a 10 kVA y hasta 130 mts. Negar o suspender la prestación del servicio bajo ciertas condiciones. Solicitar garantía de pago a través de depósitos, tarjeta de crédito o fianza. Actualizar el monto de la garantía de pago por anomalías, irregularidades, suspensión, cambio de uso y modificaciones en las tarifas. Cobro por reconexión.

Uno de los artículos que busca proteger al sistema Eléctrico de instalar cargas perturbadoras es el articulo 29 el cual establece que el usuario podrá instalar una carga a la red de la empresa distribuidora siempre y cuando no afecte el entorno. En el Articulo 46 donde se establecen las Causales para la Suspensión del Servicio en su numeral f, se establece que “Por producir Perturbaciones e incumplir los plazos acordados para corregir tal situación conforme con lo establecido en este Reglamento”. El reglamento define “Perturbaciones” como: Distorsiones de la onda de tensión tales como oscilaciones rápidas, distorsiones armónicas y cualquier otro parámetro que afecte la calidad del producto técnico.


Página:

77

El artículo 59 titulado “Cargas Contaminantes” establece: “Si el Usuario tiene equipos tales como soldadores, hornos de arco, rayos X u otros, que sean capaces de originar Perturbaciones de la Calidad del Producto Técnico, de acuerdo con lo establecido en las Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad, deberá instalar los equipos necesarios de corrección, de lo contrario, La Distribuidora podrá suspender el servicio, transcurrido el tiempo acordado para la solución del problema, el cual no debe exceder de seis (6) meses, tiempo que podrá ser prorrogado por acuerdo entre las partes”. Este articulo es una herramienta para las empresas distribuidoras para obligar a los usuarios a mantener sus cargas contaminantes de perturbaciones bajo control. Los límites de las perturbaciones son establecidas en las Normas de Calidad del Servicio de Distribución Eléctrica. En el Capitulo III del Reglamento de Servicio se establece una serie de disposiciones técnicas las cuales debe cumplir el usuario. Aspecto o Parámetro

RS

Exigencias o Límite

Circuito Desequilibrados

Art. 55

10%

Motores

Art. 56

Cumplir con el CEN.

Factor de Potencia

Art. 57

Mantener un valor mayor a 0,9

Plantas de Emergencia de Generación Eléctrica

Art. 58

Cumplir con el CEN.

Art. 59

Si el usuario posee equipos capaces de generar perturbaciones deberá corregirlos con el fin de cumplir con los limites establecidos en la NCSDE

Cargas Contaminantes

Tabla VII-3. Resumen de Aspectos Técnicos del Reglamento de Servicio.

7.3.2.- Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad (NCSDE). Esta norma establece los niveles de calidad que se exige en el Reglamento de Servicio. Esta fue promulgada en la gaceta oficial No. 37.825 el 25 de Noviembre del 2003 y una segunda edición con mejoras fue publicada el 24 de Agosto del 2004. Estas normas deberán ser cumplidas por los agentes que desarrollen la actividad de distribución de electricidad con la finalidad de garantizar a los usuarios un servicio acorde con sus requerimientos. Por lo general la calidad es evaluada en tres (3) áreas (ver figura VII-1).


Página:

78

Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad

Calidad del Servicio Comercial

Calidad del Producto Técnico

Calidad del Servicio Técnico

Perturbaciones de la Onda de Tensión

Nivel de Tensión

Armónicos de Tensión

Flicker

Figura VII-1. Esquema Resumen.

• Calidad del Servicio Comercial: Mide el grado de cumplimiento de los lapsos establecidos en la atención de los requerimientos y reclamos de los usuarios. • Calidad de Servicio Técnico: Mide el grado de cumplimiento de los valores admisibles, determinados por las interrupciones del fluido Eléctrico conforme a la frecuencia y duración de las mismas. • Calidad de Producto Técnico: Mide el grado de cumplimiento de los valores admisibles determinados por mediciones de los niveles y forma de onda de la tensión suministrada. Los temas de armónicos de tensión y Flicker son tratados en el Capitulo V de este manual. En el ámbito de la Calidad del Producto Técnico los parámetros a regular se indican en la tabla VII-3. Parámetro

NCSED

Límite

Nivel de Tensión

Art. 8

Entre ±6% y ±10% dependiendo de la densidad del Municipio

Armónico de Tensión

Art. 16

TDT máx de 8%

Flicker

Art. 15

Pst máx de 1

Tabla VII-3. Resumen Calidad de Producto Técnico Contenido en las NCSDE.

Para el caso del nivel de tensión se permite que el limite sea sobrepasado hasta un 3% del período de medición (7 días) y para el caso de los armónicos de tensión y flicker es hasta 5% del período de medición. 7.3.3.- Normas de Fiscalización. Esta norma actualmente se encuentra en desarrollo por el MEP y su objetivo es establece el “como” se aplicaran las NCSDE. En el área de la Calidad de Producto Técnico se establecen como se realizarán las campañas de fiscalización, las especificaciones de los registradores, y diferentes procedimiento para la aplicación de las NCSDE.


Página:

79

7.4.- Normas Técnicas. Por lo general cada país desarrolla sus propias normas técnicas. Los casos mas importantes a nivel mundial y que han servido de referencia a muchos países han sido la IEEE de origen Estado Unidense y la IEC de origen Europeo. Desde que inicio el estudio de la calidad de potencia, hace 20 años cada organismo comenzó el desarrollo de sus normas con diferentes criterios que aún se mantienen aunque en algunos temas como el del Flicker, actualmente existe una unificación entre normativas donde la IEEE adoptó lo establecido por la IEC. En general en el resto de los temas de la calidad de potencia la IEEE se ha “aventurado” a dar Límites que todavía la IEC no ha asumido. La IEEE sugiere los límites mediante recomendaciones avaladas igualmente por la ANSI, enfocados a empresas de distribución de energía. La IEC define los requisitos de los productos que serán instalados en las redes, a cualquier nivel de tensión, pero fundamentalmente por parte del usuario final bien sea residencial, comercial o industrial en términos de emisión y de inmunidad. La IEC ha manejado la calidad de potencia desde la causa. En cambio la IEEE plantea los límites de un sistema es decir, se maneja desde el lado opuesto. Desde el año 2001 se vienen desarrollando normativas técnicas Venezolanas, siendo el ente organizador Codelectra donde se desarrollan las normas COVENIN enfocadas a la electricidad. 7.4.1.- IEC. La IEC ha abordado el tema de la Calidad de Potencia (Power Quality) con la publicación de una serie de documentos, pero el que fungió principalmente en la década de los 80 fue la serie IEC-555 publicada en el año de 1982 la cual se enfocaba a limitar los niveles de Armónicos y Flicker a nivel de la carga. También estuvo la IEC 868 la cual presentaba la metodología de medición del Flicker. La evolución de este tema causó que estas normas sufrieran cambios a mediados de los 80 y finalmente publicadas en 1990, donde se establece la serie IEC 61000, denominada “Compatibilidad Electromagnética” la cual esta conformada por seis títulos: 1.- Aspectos Generales, 2.- Entorno Electromagnético, 3.- Límites de Perturbaciones, 4.- Pruebas y Técnicas de Medición, 5.- Guía de Instalación y Mitigación, 6.- Normas Genéricas. Titulo IEC 61000-1-x

Aspectos Generales

IEC 61000-2-x

Entorno Electromagnético

IEC 61000-3-x

Límites de Perturbaciones

IEC 61000-4-x IEC 61000-5-x IEC 61000-6-x

Pruebas y Técnicas de Medición Guía de Instalaciones y Mitigación

Documentos IEC 61000-1-1 IEC 61000-1-2 IEC 61000-2-1 IEC 61000-2-2 IEC 61000-2-4 IEC 61000-2-6 IEC 61000-2-10 IEC 61000-3-2 IEC 61000-3-4 IEC 61000-3-6 IEC 61000-4-7 IEC 61000-4-13 IEC 61000-5-6

IEC 61000-6-1 IEC 61000-6-2 IEC 61000-6-3 IEC 61000-6-4 Tabla VII-4. Estructura de la Serie IEC 61000. Normas Genéricas


Página:

80

Numero y Titulo de la Norma IEC 1000-1-4, “Low - Frequency Phenomena (EMC) , Part 1, IEC 1000-2-2, “Enviroment”, Part 2, Compatibility Levels for Low – Retionale for Limiting Power – Frecuency Conducted Harmonic and Frecuency Conducted Disturbances and Signalling in Public Low – Interharmonic Current Emissions fron Equipment”. Voltage Power Supply Systems”. IEC 1000-2-4, “Enviroment”, Part 2, Compatibility Levels for Low – IEC 1000-3-2, “Electromagnetic Compatibility (EMC) , Part 3, Limits Frecuency Conducted Disturbances and Signalling in Public Low – For Harmonics Current Emissions (Equipment Input Current ≤ Voltage Power Supply Systems” 16A)”, 1995. IEC 1000-3-3, “Electromagnetic Compatibility (EMC) , Part 3, IEC 1000-3-4, “Electromagnetic Compatibility (EMC) , Part 3, Limits Limitation of Voltage Fluctuation and Flicker in Low – Voltage For Harmonics Current Emissions (Equipment Input Current > Supply Systems for Equipment with rated current ≤ 16 A”. 16A)”, 1995. IEC 1000-3-5, “Limitation of Voltage Fluctuations and Flicker in IEC 1000-3-6, “Limitation of Emission of Harmonic Currents for Low-Voltage Power Supply Systems for Equipment With Rated Equipment Connected to Medium and High Voltage”, 1995. Currnet Greater than 16A”. IEC 1000-3-7, “Limitation of Voltage Fluctuations and Flicker for Equipment Connected to Medium and High Voltage Power Supply IEC 1000-4-7, “Testing and Measurement Techniques”, 1991. Systems”. IEC 1000-4-15 A1, “Amendment to add specifications for flickemeters for 120 V Systems and more closely define the IEC 1000-4-30, “Testing and measurement techniques Power spedification of a filter in the instrument according to standard IEC quality measurement methods”. 1000-4-15”. Tabla VII-5. Resumen Normas IEC relacionadas con la Calidad de Potencia.

•

IEC 61000-4-30:

Esta norma define el método de medida e interpretación de resultados para parámetros de calidad de energía en sistemas monofásicos y trifásicos de 50/60 Hz. Es una especificación de desempeño, no una especificación de diseño, proporcionando métodos de medida sin umbrales. Los parámetros de Calidad de energía incluidos en esta norma: Frecuencia de potencia, Desbalance en el suministro del voltaje, Magnitud del voltaje suministrado, armónicas en corriente y voltaje, Flicker, inter armónicas, Transitorios de Voltaje, Cambios rápidos de voltaje, Interrupciones de voltaje, Señalamientos principales, Disminución y aumentos en voltaje suministrado. Un instrumento Clase A dentro de la especificación medirá el voltaje y la corriente a la exactitud del 0.1 %. Este significa que la forma de onda de 50Hz debe ser medida en 256 muestras por ciclo. La exactitud dependerá del método de la medida y debe ser hecha a través de 10 períodos de ciclo contiguos (en 50Hz) es decir una ventana de 200msec. Las medidas de mayor duración están basadas en conjuntos de medición cada 10 ciclos durante 3 segundos, 10 minutos y 2 horas. Los SAGS (baja de voltaje) y SWELLS y duraciones de interrupción deben estar basados en mediciones RMS de medio ciclo. ¿A que se refiere un instrumento Clase A?. Exactitud Clase A significa que los instrumentos pueden ser usados para aplicaciones contractuales, verificando el cumplimiento con estándares, y resolviendo disputas. Cualquier instrumento que cumpla con la norma IEC 61000-4-30 Clase A, sin tener en cuenta el fabricante leerá las mismas medidas para el mismo parámetro. 7.4.2.- IEEE/ANSI. Actualmente IEEE 519A-2000 Draft 7, “Guide for Applying Harmonics Limits Systems”. IEEE P1495 Draft 2, “Harmonic Limits for Single-Phase Equipment”.


Página:

81

Numero y Titulo de la Norma

IEEE 1159-1995. “Monitoring Electric Power Quality”.

Objetivos y Funciones Esta establece como, donde, por qué, cuando, etc. monitorear los parámetros de la calidad de potencia. Su sección más referenciada es la tabla que clasifica o caracteriza fenómenos de calidad de potencia.

Esta recomendación establece límites de armónicos tanto de tensión IEEE/ANSI 519-1992, “Recommended Practice and Requirements for como de corriente en un punto común de acoplamiento. Para la Harmonic Control in Electric Power Systems”. tensión se establecen límites en función del nivel y el de corriente en función del nivel de corto circuito y la máxima corriente de carga. IEEE/ANSI C57-110-98. “Recommended Practice for Establishing Esta norma establece el procedimiento para calcular el tamaño Transformer Capability When Supplying Non-sinusoidal Load adecuado y factor K de transformadores para alimentar cargas no Currents”. lineales. IEEE Std 1100-1999 (Emerald Book). “Recommended Practice for Esta establece recomendaciones en el cableado y puesta a tierra Powering and Grounding Sensitive Equipment”. para instalaciones con cargas sensitivas. ANSI C84.1-1995. “Electric Power Systems and Equipment – Voltage Esta norma ANSI establece los niveles de tensión normalizado y sus Ratings”. niveles de regulación desde baja, media y alta tensión. Tabla VII-6. Resumen de las Normas IEEE relacionadas con la Calidad de Potencia.

7.4.3.- Normas Técnicas Venezolanas. Con respecto a la Calidad de Potencia solo existía lo norma COVENIN 159-1995 “Tensiones Normalizadas” la cual establece los niveles de regulación de tensión tanto para régimen permanente como para emergencia. No fue si no hasta el año 2000 cuando se comenzó en CODELETRA la primera norma técnica sobre una perturbación electromagnética la cual es la ya vigente COVENIN 3842-2004 “Control de Armónicos en Sistemas Eléctricos”. El contar en Venezuela con normas técnicas que controlen las perturbaciones cobra importancia ya que en la NCSDE solo establecen límites y no establece el como se debe evaluar, ni como se deben controlar, ni como diseñar instalaciones eléctricas para evitar problemas de perturbaciones eléctricas. Aparte de las norma de “Control de Armónicos en sistemas Eléctricos”, ya se inicio la discusión en el grupo de Codelectra la norma “Control de Fluctuaciones Rápidas de Tensión” y ya se cuenta con un borrador de la norma “Control de Sags, Swell y Transitorios”. 7.4.3.1.- Filosofía Utilizada para el Desarrollo de las Normas Técnicas Venezolanas. El establecimiento de limites, de tal manera que se garantice la compatibilidad electromagnética (CEM), de las cargas y equipos asociados, a los fines de que estos puedan operar satisfactoriamente, sin ser dañados, ni reducir su tiempo de vida útil. Asegurar a los usuarios, mediante la evaluación de la energía suministrada, una fuente de alimentación eléctrica que cumpla con los estándares de calidad establecidos en la Ley Orgánica de Servicio Eléctrico y sus normativas vigentes. • Instruir a los usuarios y diseñadores de instalaciones eléctricas, sobre los efectos del alto contenido de armónicos, flicker y perturbaciones de tensión (sags, swell y transitorios). • Establecer recomendaciones para la evaluación y diseño de instalaciones eléctricas con presencia de cargas no lineales. • Recomendaciones para el control de la perturbación.


Página:

82

La idea es desarrollar una norma por cada tipo de perturbación donde en cada una de ella desarrollar los siguientes puntos: • • • •

Establecer niveles de compatibilidad. Establecer límites que apunte la fuente del problema. Tomar en cuenta los puntos comunes de acoplamiento. Desarrollar la aplicación de la norma a diferentes tipos de instalaciones de un sistema eléctrico: 9Instalación Industrial. 9Instalación Comercial y Oficinas. 9Instalación Residencial. 9Redes de Distribución de Media y Alta Tensión. 9Generadores.

7.4.3.1.- Norma Vigente. De todas las perturbaciones existentes, actualmente solo se ha publicado la norma COVENIN 3842:2004, que establece límites de armónicos de tensión y corriente. Con respecto a los limites de corriente se desarrollan: • Límite para cargas monofásicas ≤ 16 Amp. • Límite para cargas monofásicas > 16 Amp. • Límite para instalaciones con carga < 10 kW. • Límite para instalaciones con carga > 10 kW. Esta norma le falta la parte de aplicación para diferentes tipos de instalaciones el cual será incluido en la primer revisión. 7.4.3.2.- Normas en Desarrollo. Actualmente se encuentran en desarrollo las normas sobre perturbaciones: • Control de Fluctuaciones Rápidas de Tensión (Flicker). Actualmente se cuenta con un documento de trabajo el cual se encuentra en proceso de revisión por el grupo de Calidad de Energía Eléctrica de CODELECTRA. • Control de Perturbaciones de Tensión (Sags, Swell y Transitorios). Actualmente se cuenta con un documento de trabajo el cual se encuentra en lista de espera para ser revisado por el grupo de Calidad de Energía Eléctrica de CODELECTRA. Actualmente se desarrolla una norma de “Registradores de Calidad de Tensión” donde en la misma se establecen las especificaciones y protocolos de prueba de los mismos. 7.4.3.3.- Nuevas Normas por Desarrollar. A futuro se visualiza que se debe desarrollar una norma de de “Registradores de Calidad de Potencia” donde se establezcan todas las perturbaciones así como una norma sobre “Términos y Definiciones de Calidad de Energía Eléctrica”.


Página:

83

7.5.- Referencias Bibliográficas. [1] Norma Técnica Venezolana COVENIN 3842:2004, “Control de Armónicos en Sistemas Eléctrico”. [2] IEEE/ANSI Std. 519-1992, “Recommended Practices and Requirements for Harmonics Control in Electrical Power Systems”. [3] IEEE Std. 519A Draft 7 - 2000, “Guide for Applying Limits on power Systems”. [4] IEEE P1495 Draft 2, “Harmonic Limits for Single-Phase Equipment”. [5] IEC 1000-2-2, “Electromagnetic Compatibility (EMC) , Part 2-2, Comaptibility Levels for Low Frecuency Conducted Disturbance and Signalling in Public Low – Voltage Power Supply Systems”, Publicity by the IEC. [6] IEC 1000-3-2, “Electromagnetic Compatibility (EMC) , Part 3-2, Limits For Harmonics Current Emissions (Equipment Input Current ≤ 16A)”, Publicity by the IEC en 1995. [7] IEC 61000-3-3. Part3: Limits. Section3: Limitations of voltaje fluctuations and flicker in lowvoltage suplí systems for equipment with rated current ≤16A. 1994. [8] IEC 1000-3-4, “Electromagnetic Compatibility (EMC) , Part 3-4, Limits For Harmonics Current Emissions (Equipment Input Current > 16A)”, Publicity by the IEC en 1995. [9] IEC 61000-3-5 Part3: Limits. Section 5: Limitation of voltage fluctuation and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater thann 16A. 1994. [10] IEC 1000-3-6, “Limitation of Emission of Harmonic Currents for Equipment Connected to Medium and High Voltage”, Publicity by the IEC en 1995. [11] IEC 61000-3-7 Part3: Limits.Section7: Assessment of emission limits for fluctuating loads in MV and HV power systems. 1996. [12] IEC 61000-4-15 Part 4: Testing and measurement techiniques. Section15: FlickermeterFunctional and design specifications= IEC 60868 Actualizada. [13] IEC 61000-4-30 Part4:Testing and measurement techniques. Section30: ower quality measurement methods. 1999. [14] EN 50160, “Voltage Characteristics of Electricity Supplied by Public Distribution Systems”, 1999, European Standard. [15] Chris Duffey, Electrical Systems Analysis, Inc. Group Leader, IEEE 519-1992, “Limits Discussion and Preliminary Review of IEEE 519-1992 Harmonic Voltage and Current Limits”. [16] http://www.dranetz-bmi.com/, E-Newsletter March 2004.


Página:

84

VIII.- METODOLOGÍA PARA REALIZAR ESTUDIOS DE CALIDAD DE POTENCIA. Por lo general cuando una carga, un equipo o un dispositivo es víctima de fallas u operaciones erráticas de sus funciones, surge la necesidad de identificar el problema con el fin de volver a las condiciones normales donde tanto los equipos y cargas funcionan de acuerdo a las expectativas de los usuarios. De la experiencia se visualizan tres tipos de estudios de Calidad de Potencia. Los cuales se describen a continuación: Necesidad de un Estudio de Calidad de Potencia Eléctrica.

1.- Certificar la Calidad de Potencia en una Red de Distribución ó Instalación Eléctrica.

2.- Reclamo de un usuario por Baja Calidad de Producto Técnico, (Operación errática falla de un equipo o dispositivo).

3.- Fiscalización de Producto Técnico, evaluar cuando los niveles de perturbación superen los limites establecidos en la NCSDE.

Inspección de la instalación del usuario.

Inspección de la Red de Distribución.

Medición de Parámetros Eléctricos en el Punto de Venta de Energía.

No

Existió alguna operación errática de un equipo ?.

Se certifica que la alimentación de la instalación o red no posee problemas de Calidad de Potencia.

Si

Si

Cumple con los Reglamentos y normas técnicas ?.

No Analizar Resultados.

Establecer Recomendaciones y Ejecutar la Solución del Problema.

Figura VIII-1. Proceso de un Estudio de Calidad de Potencia.


Página:

85

1.- Certificar la Calidad de Potencia. Este es solicitado por los usuarios cuando requieren de instalar compensación reactiva en su sistema, realizar ampliaciones o validar que la calidad del producto técnico entregado a su instalación se encuentra dentro de las normativas. 2.- Reclamo de un usuario por Baja Calidad de Producto Técnico. Este es solicitado por el usuario con manifiesta tener problemas en el suministro eléctrico. 3.- Fiscalización de Producto Técnico. Campaña de medición solicitada en las NCSDE donde el objetivo es tomar una muestra de puntos de venta de energía a una serie de usuario y validar como se le esta entregando la calidad de producto técnico. La diferencia entre un relamo y fiscalización es que en el reclamo ya el usuario manifiesta tener un problema y en la fiscalización se va a buscar a ver si existe un problema. 8.1.- Como Comenzar a Identificar el Problema ?. Las operaciones de conmutación, tales como la conexión y desconexión de grandes cargas, provocan variaciones súbitas de la carga y por lo tanto de la tensión. Por supuesto la influencia de dichas perturbaciones en el punto de conexión dependen del tamaño de la carga y la distancia del punto de origen de la perturbación hasta un punto fuente de alto nivel de cortocircuito. Tampoco es posible evitar completamente dichas perturbaciones, ni siquiera cuando el suministro eléctrico ha sido planificado para conseguir la máxima confiabilidad, ya que el proceso de gran extensión del suministro de distribución de energía sobre todo el aéreo, esta sometido tanto a influencias atmosféricas como a fallos imprevisibles en los equipos, como también a instalaciones eléctricas con grandes bloques de cargas y sistemas de puesta a tierra mal diseñados o deteriorados.

Influencias Externas

Influencias Internas

Instalación eléctrica con cargas sensitivas a perturbaciones de la tensión.

Figura VIII-2. Influencias de perturbaciones eléctricas de una instalación eléctrica.

8.2.- Identificando los Tipos Cargas Sensibles a Perturbaciones dentro de la Instalación bajo Estudio. Entre las cargas sensibles a perturbaciones de tensión podemos encontrar: • • • • • •

Computadores Personales. Sistemas Interrumpidos de Potencia (UPS). Controles de Lógica Programable (PLC). Vareadores de Frecuencia. Motores de Corriente Directa. Y cualquier equipo eléctrico que posea un control electrónico o un sistema de conversión AC-DC o AC-AC.


Página:

86

8.3.- Síntomas Típicos de Problemas a Causa de Perturbaciones Eléctricas. Cuando un equipo eléctrico presenta fallas que no son atribuibles a su diseño, se dice que el suministro de energía lo pueda estar afectando. A continuación listamos una serie de fallas que pueden ser atribuibles a perturbaciones de tensión: • • • • • • • • • • • • • • •

Operación erráticas de equipos. Reinicialización de equipos de computación. Quema de equipos. Aumento de temperatura. Disminución de su vida útil esperada. Reducción de la velocidad de redes de computadoras. Titilación de la iluminación. Corriente por conductores de tierra. Oscilaciones en pantallas de computadores. Daños asociados a transferencias red – planta. Sobrecalentamiento en trans-formadores, interruptores, motores, etc. Sobre carga de conductores de neutro y/o tierra. Operación no deseada de protecciones. Ruido audibles en interruptores. Fallas en UPS al hacer transferencias.

8.4.- Causas Típicas de Perturbaciones Causadas dentro de una Instalación Eléctrica. A continuación se lista una serie de equipos y fallas comunes que pueden causar perturbaciones en la tensión dentro de una instalación e influyen en el buen desempeño de las cargas sensibles anexas a esta misma instalación: • • • • • • • • • • • • •

Motores con velocidad variable. Cargas controladas por electrónica de potencia. Falla en el cableado interno o en el tablero. Cierre de contactores o reles. Arranque o paradas de Motores. Presencia de arqueos, causada por malas conexiones. Equipos para soldar metales. “Dimmer” para luces. Inestabilidad en UPS, Motores y Generadores. Cargas no lineales. Grandes cantidades de corrientes de secuencia cero en los neutros. Grandes bloques de iluminación (Eje. Estacionamientos). Falta de continuidad en el sistema de tierra.

8.5.- Causas Típicas de Perturbaciones Causados desde el Sistema de Distribución hacia una Instalación. Estas son fallas típicas de circuitos de distribución aéreos y fenómenos, que pueden causar perturbaciones de tensión y verse reflejadas en el suscriptor: • • • •

Tormentas eléctricas (Descargas Atmosféricas). Desconexión o conexión de bancos de condensadores. Arranque o paradas de Grandes Motores. Puentes de conexión rotos.


Página:

87

• • • •

Cargas No Lineales. Falla a nivel de la red de distribución, siendo la más común la de fase-tierra. Contaminación Atmosférica. Y hasta la intervención de terceros.

8.6.- Límites de Inmunidad de las Cargas Sensitivas a las Perturbaciones. Los diferentes tipos de perturbaciones de tensión que existen en un sistema eléctrico están caracterizados por la norma IEEE Std. 1159-1995 [1] expuestas en el Capitulo IV de este manual. En la tabla VIII-1, se describen las tolerancias de las cargas sensitivas en magnitudes para cada fenómeno de perturbación. Voltage parameter affecting loads Over and undervoltage

Typical range of power sources +6%, 13.3%

Typical immunity of electronic loads Critical Units affected and comments ±5% Power supplies, capacitors, motors. Component overheating and data upset. Swells/sags +10%, 15% +20%, 30% ±5% Same as above. Transients, impulsive and Varies: Varies: Varies: Dielectric breakdown, voltage oscillatory, power lines 1006000 V 5001500 V 200500 V overstress. Component failure and data upset. Transients, impulsive and Varies: Varies: Varies: Same as above. oscillatory, signal lines 1006000 V 50300 V 1550 V ESD < 45 kV Varies widely: 200500 V Varies widely: 1550 V Signal circuits. Dielectric break down, 10001500 V voltage overstress. Compo nent failure and data upset. Rapid changes in signal reference voltage. RFI/EMI (conducted) (normal 10 V up to 200 kHz less at Varies widely: 3 V typical Varies widely: 0.3 V Signal circuits. Data upset, rapid and common mode) higher frequency typical changes in signal reference voltage. RFI/EMI (radiated) < 50 kV/m, < 200 kHz < 1.5 Varies widely with Varies widely with Same as above. kV/m, > 200 kHz shielding shielding Voltage distortion (from sine 550% THD 510% 35% Voltage regulators, signal circuits, wave) capacitor filters, capacitor banks. Overheating, undercharging. Phase imbalance 210% 5% max 3% max Polyphase rectifiers, motors. Over heating. Current parameter affecting Typical range of load Typical susceptibility of power sources sources current Normal Critical Units affected and comments Power factor 0.850.6 lagging 0.8 lagging < 0.6 lagging or < 0.9 Power source derating or greater lagging capacity source with reduced over all efficiency. Crest factor 1.42.5 1.02.5 > 2.5 1.414 normal; impact function of impedances at 3rd and higher har monics (36% Z). Voltage shape distortion. Current distortion 010% total rms 510% total 05% largest 5% max total 3% largest Regulators, power circuits. Over heating. DC current Negligible to 5% or more < 1% As low as 0.5% Half-wave rectifier loads can satu rate some power sources, trip cir cuit breakers. Ground current 010 A rms + noise and surge > 0.5 A < 0.1 A Can trip GFI devices, violate code, currents cause rapid signal reference voltage changes. Frequency parameter Typical range of power Typical immunity of electronic loads affecting loads sources Normal Critical Units affected and comments Line frequency ±1% ±1% ±0.5% Zero-crossing counters. Rate of frequency change 1.5 Hz/s 1.5 Hz/s 0.3 Hz/s Phase synchronization circuits. Source: Based on FIPS Pub 94-1983. Normal +10%, 15%

Tabla V-3. Resumen de la Susceptibilidad de las Cargas ante Perturbaciones IEEE 1100.

8.7.- Incógnitas que se deber Responder el Auditor de Calidad de Potencia. La información más importante que debe ser recopilada al momento de hacer una investigación comienza por conocer los “problemas” y “tipos de cargas” que posee la instalación eléctrica. Para lo se utiliza una planilla el cual se llena con ayuda del personal de mantenimiento eléctrico de la


Página:

88

instalación que se estudia. Además se realiza una entrevista con el usuario donde se aclaran incógnitas que el investigador de Calidad de Energía debe realizar: • ¿Que tipo de equipos experimentan problemas?. • ¿Que tipo de daño han presentado?. • ¿Es una carga sensitiva?. • ¿Que sensitividad presentan estos equipos?. • ¿El equipo presenta problemas desde que fue instalado?. • ¿Cuando comenzaron los problemas?. • ¿Cuando ocurren estos perturbaciones (hora, día)?. • ¿Son recurrentes o no?. • ¿Recientemente han realizado cambios al sistema de puesta a tierra de la instalación?. • ¿Posee la instalación motores de gran potencia?. • ¿Observa caídas en la luminosidad de los bombillos incandescentes?. Estas son preguntas básicas que el investigador debe tener claras al momento de concluir la inspección de la instalación afectada y por supuesto donde aplique. Luego que estas incógnitas son respondidas, a partir de ese momento se realiza la inspección a la instalación eléctrica y al sistema de distribución. 8.8.- Inspección a la Instalación Eléctrica (Suscriptor). Los tres puntos principales mas comunes que se deben revisar en una instalación eléctrica son: a).- El transformador de distribución del cual se alimenta la instalación eléctrica: • • • • • • • • • • • • • •

Inspección visual de las conexiones. Posición del “TAP”. Tipo de conexión (Delta o Estrella). Capacidad del transformador. Tipo de transformador. Impedancia. Relación de transformación. Factor K. Medición de la temperatura. Existencia de vibraciones. Fugas de Aceite. Conexión del sistema de puesta a tierra. Rastros de corrección. Detección de zumbidos (posible arqueo, mala conexión).

b).- El tablero eléctrico (la “Brekera”): • • • • • •

Inspección visual de las conexiones. Medición de la impedancia del conductor de puesta a tierra y neutro. Verificación de la rotación de las fases. Es adecuado el calibre del conductor?. Detección de zumbidos (posible arqueo, mala conexión). Determinar la presencia de olor a quemado. (Posiblemente una mala conexión o sobre carga del conductor).

c).- El sistema de puesta a tierra. A continuación se detallan los tres puntos anteriores. • Es adecuado el diseño de la puesta a tierra para esa instalación como lo establece el CEN. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

89

• Inspección visual de las conexiones y electrodos, en busca de indicios de corrosión, o posible

desconexión. • Inspección visual de los ajuste de las conexiones. • Medición de corriente en el conductor del electrodo de puesta a tierra. • Medición de la resistencia de puesta a tierra.

8.9.- Inspección al Circuito de Distribución (Distribuidora). Consiste en revisar los elementos físicos y ambientales que puedan influir en la red de distribución primaria de la empresa eléctrica. Los elementos que puedan causar perturbaciones de tensión desde la red de distribución son: • • • • •

Bancos de Condensadores Conmutables. Cargas vecinas con motores de gran potencia. Mal estado del conductor (roturas insistentes). Alta presencia de tormentas eléctricas. Altas impedancias en la red primaria (calibre de conductor no adecuado).

Es conveniente la obtención de las estadísticas de falla del circuito durante el año. 8.10.- Mediciones de Parámetros Eléctricos. Para las mediciones de Calidad de Potencia es recomendable la utilización de registradores con capacidad de almacenamiento y además que posean la capacidad de registrar todas las perturbaciones caracterizadas por la IEEE Std. 1159[1]. Según esta norma norteamericana se deben realizar mediciones en un período mínimo de seis meses continuos. Debido a lo costoso de estos registradores se estila realizar mediciones de una semana o hasta registrar el fenómeno eléctrico que estamos persiguiendo eliminar. Por donde comenzar a medir dentro de la instalación eléctrica?, como? y a que carga?. La primera medición que se debe realizar es en el punto de entrega de la energía por parte de la distribuidora hacia el suscriptor. Como hacerlo?, existen dos técnicas de medición, una es la directa la cual consiste en instalar el registrador de Calidad de Energía en el bajante del transformador de distribución. Para los casos donde no se tenga esa facilidad se puede recurrir a una medición indirecta a través del medidor de energía. Según la experiencia este tipo de método, para algunos, casos puede traer errores en la medición porque los PT´s y CT´s de los medidores de energía no ofrecen una buena resolución para fenómenos transitorios de alta frecuencia, por tal motivo es recomendable siempre intentar en lo posible realizar la medición directa. Y por ultimo, ¿a que carga del suscriptor?, sencillamente a la que este fallando u operando de manera erratica. Para esto es fundamental haber obtenido la mayor cantidad de información mediante el interrogatorio expuesto en el punto 3.1. Para determinar la calidad de energía global del circuito de distribución se realiza la instalación de un registrador a nivel de la salida del circuito en la subestación, lo cual da una visión global de la calidad de energía global y poder visualizar influencias de cargas perturbadoras. 8.11.- Para que Medir ?. • • • • •

Realizar ajustes de los modelos de dispositivos de sistemas eléctricos. Determinar puntos críticos en el sistema. Conocer el comportamiento de equipos o sistemas ante perturbaciones electromagnéticas. Clasificar los eventos que se presentan en un sistema eléctrico. Contrastar índices obtenidos mediante medición con límites recomendados o admisibles.


Página:

90

• Verificar equipos que generan perturbaciones electromagnéticas. • Determinar que equipos puede estar afectando a otros instalados en el mismo sistema. • Obtener los índices de calidad de un sistema y hacer seguimiento periódico de estos índice.

8.12.- Interpretando los Resultados. A continuación se analizan diferentes técnicas desarrolladas de la experiencia de los últimos 8 años en estudios de Calidad de Potencia. Una de las perturbaciones más comunes en un sistema de distribución son las “no recurrentes” en tiempo si no casuales, y en la mayoría de los casos son fallas de fase-tierra. Si llegara a ocurrir una falla a lo largo de un circuito de distribución, lo siguiente que ocurriría seria el recierre del interruptor de la S/E, por supuesto si la falla fuese temporal, por naturaleza, donde el proceso de apertura y cierre del sistema de protección provoca una breve caída de tensión o también llamado Hueco de Tensión (Sags) provocando la salida de cargas sensitivas conectadas al sistema de distribución. Es importante entender la diferencia entre una interrupción, cual es la pérdida total de la tensión, y el “Sags” el cual nunca se pierde la tensión en su totalidad. (Definido por la IEEE 1159). Otro tipo de perturbaciones es el tipo “recurrente” ósea es aquel que ocurre a una hora especifica y hasta en un día especifico de la semana. Esto puede tener dos causales. Una de las más comunes es las presencia de bancos de condensadores conmutables. En las empresas distribuidora es común la utilización de bancos de condensadores conmutables del tipo controlado por tiempo o tensión para las horas pico. Otra causa son los arranques de motores que pueden ir desde un sistema de aire acondicionado hasta una bomba eléctrica para el bombeo de agua. Lo que para este caso podría indicar que el calibre el cual alimenta a estos motores no es el adecuado. También es importante analizar las perturbaciones, en función de las características físicas del sistema, el clima, la zona de suministro y el tipo de carga al cual se le suministra energía. De experiencias en instalaciones eléctricas donde se han realizado actualizaciones de tecnología y se han instalado “Controles de Lógica Programable (PLC)”, se han presentado problemas de errores en su operación. Llegando a pensar que el problema es del suministro eléctrico. En la mayoría de estos casos el problema había resultado ser ruido eléctrico de alta frecuencia causado por deficiencia en los sistemas de puesta a tierra. 8.13.- Problemas Típicos al Instalar los Registradores. La experiencia en la instalación de registradores de calidad de potencia ha enseñado que cuando el resultado de una medición se sale de lo que dicen los libros, documentaciones técnicas y experiencias, no hay que dar muchas vueltas simplemente hay validar respondiendo a las siguientes preguntas: ¿como se instalo el registrador, ¿como se programo?, y si todavía hay dudas repetir lo recomendable es repetir la medición preferiblemente con otro equipo, simplemente aplicar la lógica y no romperse la cabeza con unas extrañas mediciones que lo mas seguro sean un error de lectura!!!!. Hace siete años atrás en mis inicios en el área de la Calidad de Potencia tuve un caso donde se cometió un error del cual aprendí que hay que estar seguro que el instrumento de medición que se valla a utilizar este en perfectas condiciones y midiendo dentro de su rango de precisión. Programar adecuadamente e instalarlo adecuadamente, ya que si se comente un error en estos dos aspectos lo que interprete de las mediciones no servirá para nada o se podrá dar un resultado erróneo conllevando a recomendar una solución errada. Por esto cuando exista duda y la medición salga de lo lógico y documentado simplemente repita la medición con otro equipo y valide es la única solución. El caso al cual hice referencia fue que el registrador utilizado fue programado en Delta por que el sistema era en Delta. Pero se conectaron las referencias de neutro y tierra del registrador a la carcasa del equipo que se estaba midiendo y la referencia a tierra no era la adecuada. Como Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

91

resultado de la medición se obtuvo valor representativo del armónico 18 en tensión en régimen permanente. Analizamos la situación, la medición era directa sin utilización de PT, descartando que hay pudiese estar el problema, entonces se investigo y no se encontró una respuesta lógica. A raíz de esto nos pusimos en contacto con especialistas en otros países a través de correos electrónicos. De tantos que enviamos uno nos respondió!!!, y su respuesta fue: a nosotros nos paso algo similar con el registrador marca “X”, el mismo aunque se le diga que esta en Delta el internamente no bloquea el neutro y tierra del registrador por tanto hay que dejarlo desconectado por que sino se pueden registrar valores extraños de armónicos a alta frecuencia. Efectivo este equipo era de la misma marca del que utilizamos, repetimos la medición con el mismo equipo bien conectado y desapareció el armónico 18!!!!. A parte de este caso se han documentado recomendaciones a partir de experiencias los cuales fueron publicados en [7]. En esta bibliografía se recomienda lo siguiente para no cometer error al momento de interpretar mediciones: • Asegúrese de que las conexiones del registrador están hechas de manera correcta, y con la exactitud correcta. • Una pinza suelta puede irse a tierra en otra posición y causar un corto entre fases y/o tierra. La figura VIII-3 muestra un ejemplo de los resultados "irreales" de una conexión inapropiada. Hay una serie de transitorios que va a cero voltios dentro de un ciclo. Al mismo tiempo, no hay ningún cambio de las formas de onda de corriente (no se muestra). Si esto fuera un verdadero evento de lado de carga, tendría que haber normalmente transitorios muy grandes de corriente, casi cortocircuito a tierra.

Figura VIII-3. Falso Transitorio de tensión ocasionado por error de lectura.

• Otro problema común es utilizar las pinzas de corriente fuera de rango. En varias ocasiones, la gente parece no estar segura de los niveles de corriente que van a medir, por lo que optan por utilizar TC de rango mas grande de lo necesario. La Mayor parte de CTs deberían usarse para medir corrientes que son al menos el 10 % del rango de la escala completa, por ejemplo para el TC de 1000A usado en la Figura VIII-4 sería 100A. El usuario medía un poco más de 5A, que no es lo suficiente para proporcionar la corriente de magnetización adecuada para el TC, mucho menos hacerlo funcionar dentro de la región lineal. La forma de onda registrada muestra una deformación significativa en corriente. Disturbios particulares, si este fuera "verdadero", es el 12 % de deformación armónica. En realidad, esto es solamente el TC mal empleado para la aplicación y la forma de onda es un artificio de la aplicación inadecuada de corriente para el CT para un funcionamiento correcto.


Página:

92

Figura VIII-4. Medición falsa de forma de onda de corriente.

• Cuando se realizan mediciones indirectas a través de CT y PT de medidores de energía es necesario conocer la relación de transformación de estos equipos. Adicionalmente para valores de alta frecuencia estos CT y PT que son utilizados para medición de energía (facturación) pueden traer errores de medición por esto cuando se encuentre valores de armónicos representativos por arriba del armónico 13 es necesario validar con una medición directa. 8.14.- Referencias Bibliográficas. [1]

Sánchez Horacio, Acero Gloria, Villasmil Jairo y otros, “Calidad de la Energía Eléctrica CEL”, 2001, ACIEM, Colombia. [2] IEEE Std.1159-1995, “Recommended Practice on Monitoring Electric Power Quality”, Working Group on Monitoring Electrical Power Quality of SCC22 - Power Quality, 1995. [3] McGranaghan M., Dugan R., Beaty W., “Electrical Power Systems Quality”, McGraw-Hill Books, 1996. Electrotek. [4] Abreu Augusto, “Metodología para Determinar las Causas de Perturbaciones Eléctricas de Tensión en Instalaciones Eléctricas”, VI Congreso de Instalaciones Eléctricas, CODELECTRA, 2000, Caracas, Venezuela. [5] Information Technology Industry Council (ITIC), Page. Web.: http://www.itic.org [6] IEEE Std. 1100-1992 “Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment Emerald Book”. [7] http://www.dranetz-bmi.com/, E-Newsletter March 2004. [8] Patrick Coleman, “The Power Quality Detective: Interpreting The Clue”, Alabama Power Company Birmingham, Alabama. [9] Stan Turkel, “Resolviendo los Misterios de la Calidad Eléctrica”, EC&M Magazine. [10] Warren H. Lewis, “Diseño para Energía de Calidad”, Power Quality Advisor.


Página:

93

IX.- CASOS PRÁCTICOS. 9.1.- Resumen de Estudios de Calidad de Potencia realizados por ENELVEN en el Primer Semestre del 2005. Resumen realizado por: B. Castellano y A. Abreu. En la actualidad ENELVEN realiza estudios de Calidad de Potencia a través de la Unidad de Ingeniaría de Distribución de la Gerencia Coordinación Técnica. Se tiene cuatro tipos de estudios los cuales son: Plan de acercamiento: Plan estratégico cuyo objetivo es propiciar un acercamiento con nuestros Grandes Clientes (Alta Demanda) y Estratégicos, con la intención de mejorar la calidad del servicio prestado a los mismos, mediante un oportuno soporte técnico, basado principalmente en un conjunto de asesorías y en una atención especializada. Reclamos por Producto Técnico: Atención de reclamos de la calidad del producto técnico servido a los suscriptores de Enelven. Investigación: Casos de estudio que permiten analizar el comportamiento de los parámetros eléctricos ante situaciones especiales o pruebas supervisadas. En el período de Enero al 10 de Junio, se han realizado 26 estudios de Calidad de Potencia de los cuales el 73% han sido reclamos de producto técnico a grandes clientes y especiales. 4% 73%

Plan de Acercamiento 23%

Reclamo Investigación

n = 26 Figura IX-1. Resumen de Tipos de Estudios Primer Semestre.

De este 73% que representa a los 19 reclamos de Calidad de Producto Técnico atendido a grandes clientes y especiales, sólo el 16% (3 casos) de los problemas encontrados fueron atribuibles a ENELVEN.

Atribuibles al Suscriptor Atribuibles a la Enelven

16% 84%

n = 19 Figura IX-2. Resumen de Reclamos de Calidad de Producto Técnico.

El análisis de los 19 reclamos atendidos, indica que en todos los casos se presentó incumplimiento en al menos uno de los parámetros eléctricos de Calidad de Potencia por parte del suscriptor, y 11


Página:

94

casos donde se presentaron adicionalmente fallas en el diseño y/o mantenimiento de las instalaciones eléctricas (problemas de cableado, puesta a tierra, etc.). En base a los reclamos atendidos, se encontró que se presentaron comúnmente cinco parámetros de Calidad de Potencia fuera de los límites establecidos en las normas Nacionales e Internacionales. Estos parámetros son el factor de potencia, el desbalance de corriente, la distorsión armónica de corriente, niveles de tensión y el desbalance de tensión, siendo los tres primeros los de mayor incidencia, violando los límites establecidos en el Reglamento de Servicio y la Fondonorma 3842:2004. De los casos evaluados no se encontraron de armónicos de tensión ni de fluctuaciones rápidas de tensión (flicker) fuera de límite. 30%

23%

Factor de Potencia indeseado (≤ 0,9) Desbalance de corrientes Distorsión Armonica de corriente Niveles de tensión Desbalance de tensión

7% 5%

n = 19

35%

Figura IX-3. Resumen de Parámetros de Calidad de Potencia Fuera de Límites.

De los problemas atribuibles al diseño y/o mantenimiento de las instalaciones del suscriptor, el problema mas incidente fue la falta de mantenimiento preventivo y correctivo de las instalaciones eléctricas. 18% 9%

Ausencia de mantenimiento preventivo/correctivo Deficiencia del sistema de puesta a tierra

18%

Conductores de calibre inadecuado para la carga manejada

9%

Ineficiencia de equipos de medición/supervisión Cargas sensibles conectadas a tableros que manejan cargas variables

9%

18%

Desajuste de dispositivos de protección (disparos erróneos) Sobrecompensación de banco de condensadores (fijos)

19%

n = 11

Figura IX-4. Resumen de Problemas Internos Atribuibles a los Usuarios.

Con respecto al 16% de Reclamos de Calidad de Producto técnico atribuibles a ENELVEN, el 67% de estos se debe a falta de inversión y el resto a falta de mantenimiento de la red de distribución.


Página:

95

33%

Incidencia de Fallas por falta de mejoras en el circuito (Inversión) Incidencia de Fallas por falta de mantenimiento eficiente

67%

n=3 Figura IX-5. Resumen de Reclamos atribuibles a ENELVEN.

9.2.- Caso: Reclamo de Calidad de Producto Técnico en una Clínica Ubicada en la Ciudad de Maracaibo. Estudio realizado por: B. Castellano. El estudio se inicia con la instalación un Registrador de Parámetros Eléctricos, para monitorear el origen del problema. Posteriormente, se llevan a cabo diversas inspecciones, al tablero principal de alimentación, al Transformador y al compresor que presenta inconvenientes. Las tablas IX-1 y IX-2 presentan un resumen de los parámetros eléctricos registrados en la Clínica. En la tabla IX-1 puede observarse un resumen de la Potencia Aparente, Activa y Reactiva registrada durante el período de medición. Así mismo, en la Tabla IX-2 puede detallarse el Factor de Potencia, el porcentaje de desbalance de Tensión y de corriente registrado.

Tabla IX-1. Resumen Mediciones de Potencia - Policlínica.

Tabla IX-2. Resumen Mediciones de FP y Desbalances - Policlínica.

La tabla IX-3 presenta los valores de Tensiones, Corrientes, Armónicos y Flicker, por fases. Para cada parámetro se muestran los registros máximos y mínimos obtenidos durante el período de medición. En la parte derecha de las tablas IX-2 y IX-3, se especifican las normas vigentes y los límites aplicables según este caso.


Página:

96

Tabla IX-3. Resumen Mediciones de Tensión, Armónicos y Flicker - Policlínica.

A continuación se analizaran los parámetros eléctricos que presentaron desviaciones sustanciales con respecto a las normativas vigentes. En la Figura IX-6 se observa que existe un porcentaje de desbalance de corrientes que excede el límite permitido por el Reglamento de Servicio Eléctrico. El Reglamento de Servicio Eléctrico en su artículo 55, establece que “El Usuario deberá usar la energía en tal forma que su carga esté equilibrada entre las fases, dentro de un rango de diez por ciento (10%) en relación con la fase de menor carga…”, en este caso los valores obtenidos exceden lo expuesto en dicho artículo pues durante el 80% del período de medición el desbalance de corriente fue superior al 10%. El desbalance de carga produce sobrecarga en los conductores de neutro, puede causar funcionamiento inadecuado de equipos sensibles.

% Desbalance

Comportamiento Desbalance de Corriente 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Tiempo p.u.

Figura IX-6. Curva de duración de Desbalance de corriente - Policlínica.

Se realizaron varias inspecciones, tanto a las instalaciones internas de la clínica como a las externas. En dichas inspecciones de detectaron varios puntos relevantes los cuales se especifican a continuación:


Página:

97

Inspección del Tablero Principal Este tablero se observa con gran cantidad de polvo sobre toda su superficie, los interruptores se encontraron en buen estado. No se detectaron conexiones fundidas o sulfatadas. No se detectaron anomalías en las conexiones de puesta a tierra. Las tensiones se encontraron dentro de los parámetros establecidos pero presenta alto desbalance de corriente. Cuarto de Compresores Generadores de Oxigeno En esta habitación se encuentran tres (3) compresores, los cuales se utilizan para la generación del oxigeno requerido por la clínica. Durante las inspecciones se percibió una temperatura ambiente relativamente alta (aprox. 37 °C) a pesar de poseer un extractor de aire.

Figura IX-7. Cuarto de Compresores de la Policlínica - Detalle de puesta a tierra.

El compresor generador de oxigeno que ha estado presentando problemas se encontraba conectado a un electrodo de puesta a tierra independiente, el cual no estaba conectado a la tierra del sistema (esta condición se corrigió con conexiones temporales), dado que la acometida del compresor no posee conductor de puesta a tierra. Se hicieron mediciones de tensiones y se encontraron dentro de los parámetros establecidos, tanto en vació como durante el funcionamiento del compresor. Transformador de Distribución y Acometida Primaria El transformador presentaba desajuste del perno que sujeta la conexión entre tierra y neutro en el Terminal Xo, aunque no se observaron indicios de arcos eléctricos en la conexión. Esta situación fue solventada el mismo día de la inspección. Los electrodos y las conexiones de puesta a tierra se encontraron en buen estado, la temperatura de trabajo se encontraba en valores adecuados para la carga que manejaba (55 °C) En las inspecciones de la acometida primaria no se encontró ningún indicio de irregularidades. Conclusiones En base a los parámetros eléctricos registrados y las inspecciones realizadas puede concluirse lo siguiente:


Página:

98

• En el tablero principal de la Policlínica, los niveles de tensión, desbalance de tensión, distorsión armónica de tensión, y fluctuaciones rápidas de tensión (flicker), así como el factor de potencia y la distorsión armónica de corriente, se encuentran dentro de los límites establecidos por la normativa vigente. • El porcentaje de desbalance de corriente se encontró por encima del nivel exigido por el Reglamento de Servicio Eléctrico en su artículo N° 55 (≤ 10%) durante el 80% del período de medición. Las lecturas mínima y máxima correspondientes a este parámetro fueron de 0,92% y 34,13%, respectivamente. • Durante las inspecciones se identificaron conexiones a tierra inadecuadas, específicamente en el cuarto de compresores se observó una varilla que no tenía ninguna conexión con la puesta a tierra del sistema. • El transformador y las acometidas primarias que alimenta esta instalación se encuentra en condiciones adecuadas de acuerdo de acuerdo a las normativas vigentes. • Las altas temperaturas en el cuarto de de los compresores generadores de oxigeno pudiera estar generando funcionamiento inadecuado de los controles del compresor que presenta anomalías. Recomendaciones La medición de los parámetros eléctricos y las inspecciones realizadas permitieron identificar algunas oportunidades de mejora, las cuales se expresan a continuación: • Balancear las cargas equitativamente entre las tres fases para evitar sobrecargas en los conductores de neutro y el funcionamiento inadecuado de equipos sensibles como los compresores, en este caso. • Ejecutar mantenimiento preventivo a tableros y conexiones (limpieza y verificación de puntos calientes, etc.). • Aumentar el calibre de los conductores de fase de la acometida del compresor para evitar posibles caídas de tensión por esta causa y conectar firmemente el conductor de puesta a tierra de los compresores directamente de la barra del tablero principal. • Revisar en general las conexiones de puesta a tierra de toda la instalación. • Instalar sistemas mas eficientes de extracción de aire del cuarto de compresores que garanticen temperaturas mas bajas de las que se tienen en los actuales momentos. Oportunidad de Aprendizaje Durante la visita inicial a la Policlínica se dejó un registrador de potencia instalado en el tablero principal con la referencia del equipo conectada a una conexión a tierra inadecuada (tornillo de la carcasa del tablero principal), esto dio como resultado una medición errónea dando como producto una serie de datos inexactos que reflejaban falsos problemas en los diferentes parámetros relacionados a la tensión (niveles de tensión, desbalance, y flicker) y afectando toda la data guardada por el registrador.


Página:

99

Tabla IX-4. Resumen de Parámetros registrados en forma errónea por conexión con tierra inadecuada - Policlínica.

Es importante tomar el tiempo necesario para evaluar el sitio donde va a ser instalado el registrador no sólo por su resguardo y verificación de que estén dadas las características de operación del mismo, sino también porque es necesario verificar las conexiones físicas, lo cual no sólo incluye la prueba a través de mediciones instantáneas de las conexiones para obtener los niveles de tensión y corriente deseados, sino también la verificación de una efectiva conexión a tierra. En la figura IX-8 puede observarse gráficamente las diferencias evidentes entre dos mediciones realizadas en el mismo sitio, con la diferencia de que en una se utilizó una conexión a tierra inadecuada. Es evidente como se ven afectados los parámetros eléctricos, principalmente los relacionados directamente con la puesta a tierra, como es el caso de la tensión.

(a)

(b)

Figura IX-8. Diferencias entre los perfiles de tensión y corriente. (a) Medición con conexión a tierra inadecuada, (b) Medición con puesta a tierra adecuada.


Página:

100

9.3.- Caso: Circuito de Distribución y Planta de Generación. Estudio realizado por: A. Abreu. El circuito de distribución se alimenta de una S/E con un nivel de tensión de 23,9 kV el cual es alimentado por un generador de 20 Mw. (generación actual aprox. 16 Mw.) e interconexión con las con otras SS/EE a traves de una interconexión en 138 kV. Este circuito posee una troncal de 75,2 Km., en conductor 336,4 MCM (Ver Figura IX-9). Como se observa en la figura IX-21, el circuito alimenta a un campo petrolero el cual posee una serie de bombas electro sumergibles de 6 pulsos. El circuito posee 2 bancos de condensadores uno de 3*200 kVAR, a 2,3 Km. y el segundo de 6*200 kVAR a 7 Km. del campo petrolero. Para este caso se estableció a la salida del circuito como el punto común de acoplamiento. Campo Rosario “TECPETROL”.

S ICS

2,3 Km.

D-190 3x200 kVAR (Fijo)

D-194

3,7 Km. D-187A 6x200 kVAR (Fijo)

28.5 MVA

D-180A

Y

T-1A 34.6 MVA

T-1B

7,8 Km. CTO. CASIGUA

C-105 R C-104

C-103 C-1X2 Troncal Cond. 336.4 MCM Circuito Machiques - Colon

CTO. CATATUMBO

C-205 R C-204

C-203 Banco de Reguladores (Frente Agatun)

61,4 Km.

K-1178 T.S.

K-104 K-105 K-103

Figura IX-9. Unifilar del circuito bajo estudio.

En función del nivel de corto circuito y la corriente de carga, Isc/IL = 32.39, y en función de la tabla 8 de esta norma se establece un limite para la distorsión armónica de corriente de 8%. Para el caso de la distorsión armónica de tensión en función de la tabla 3, el limite es de 5%. En la figura IX-10, se observa el comportamiento de las distorsiones armónicas tanto de corriente como de tensión durante un periodo de una semana. Durante este se obtuvo un valor máximo de THD-i = 15,55% y un mínimo de 6,6%. Con respecto a la distorsión armónica de tensión, durante la semana de medición se obtuvo un valor máximo de THD-v = 2,38% y un mínimo de 0,71%.

Figura IX-10. Medición del THDi y THDv por una semana.


Página:

101

Figura IX-11. Curva de Duración de THDv.

Figura IX-12. Curva de Duración de THDi.

En la figura IX-11, se observa que la distorsión armónica de tensión permanece por debajo del 5% por el 100% del tiempo de monitoreo. En cambio la distorsión armónica de corriente como se observa en la figura IX-12, mas del 95% del tiempo de monitoreo el limite es sobrepasado del valor referencial de 8%. Por tanto este circuito no cumple los límites de distorsión armónica de corriente. Este caso consiste en evaluar los limites tanto de las distorsión armónica de corriente como de tensión a la salida de un turbo generador de 20 MW alimentado con gas. Este turbo generador alimenta a dos circuitos de distribución y posee una interconexión con el resto del sistema a través de un transformador elevador a 138 kV. En la figura IX-13, se observa la medición realizada al generador por un periodo de 30 minutos, donde se destacan dos períodos. El primero (1) es con la interconexión en 138 kV fuera de servicio (ver figura IX-14), el segundo estado es con el generador alimentando únicamente a los circuitos de distribución (ver figura IX-15).

Figura IX-13. Período de Medición (30 minutos) – Generador CSG1.


Página:

102

138 kV

138 kV

THD-V = 1,91% THD-I = 7,94%

THD-V = 1,30% THD-I = 3,50%

Ih3

23,9 kV

23,9 kV

Ih2

Ih1 Cto. #1

Ih2

Ih1 Cto. #2 Cto. #1

G

THD-V = 1,95% THD-I = 8,83%

G

Cto. #2

THD-V = 1,95% THD-I = 8,83%

IMPEDANCIA DEL SISTEMA IMPEDANCIA DEL SISTEMA

Figura IX-14. Configuración del sistema en el periodo 1.

Figura IX-15. Configuración del sistema en el periodo 2.

En la figura IX-16, puede observar la onda de tensión de la salida del generador el cual tiene una distorsión armónica total (THDv) del 1,91% para el primer (1) período (ver figura IX-13). Para este mismo período en la figura IX-17, puede observarse la onda de corriente a la salida del generador donde se registro una distorsión total de corriente (THD-I) del 7,94%. Para ese mismo instante se realizo una medición instantánea en el circuito #1 donde se registro una distorsión de corriente de 8,83% el cual supera lo recomendado de 8% establecido en esta norma. Es importante destacar que este circuito suministra 3,2 MVA al campo petrolero ubicado al final de del circuito #1 donde estos poseen bombas electro sumergibles para la extracción de petróleo.

Figura IX-16. Onda de tensión.

Figura IX-17. Onda de Corriente.

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1

15

Figura IX-18. Espectro en Frecuencia de la Tensión.

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Figura IX-19. Espectro en Frecuencia de Corriente.


Página:

103

En la figura IX-18, se puede observar el espectro en frecuencia de la onda de tensión, donde se puede ver que el armónico de 5to orden es el más predominante con un 1,67% con respecto a la fundamental. Este valor es influencia de una corriente del quinto armónico, proveniente de la carga conectada como puede verse en la en figura 19, donde se aprecia que los armónicos de 3ero, 5to y 7mo orden son los más predominante con valores de 2,38% 7,26% y 0,59% respectivamente, todo estos valores con respecto a la fundamental. En el segundo período (2) (ver figura IX-13), en este ocurre un período transitorio, donde ocurre la sincronización y la interconexión. Luego de la normalización de la interconexión se observa como bajan los valores de distorsión (ver tabla IX-20). Este fenómeno se debe al efecto de la impedancia, debido a que antes en el periodo (1), el sistema de impedancia lo conformaban el generador CSG1 y los circuitos de distribución. Con la entrada de la interconexión causa el efecto de drenaje de una parte de la corriente armónica proveniente del circuito Catatumbo (ver figura 19). Por supuesto al producirse una disminución de la corriente armónica entrando al generador por la ley de ohm las tensiones armónicas disminuyen.

THD-V THD-I

Periodo 1 (Sin la Línea de 138 kV) 1,89% 7,94%

Periodo 2 (Con la Línea de 138 kV) 1,3% 3,5%

Límites COVENIN 11-07-001 5% 8%

Tabla IX-20. Resumen de Distorsiones Armónicas Registradas en el Generador CSG1.

En general los valores a la entrada del generador están dentro de norma, aunque hay que realizar estudios posteriores para determinar la influencia real de la presencia del 5to armónicos en la vida útil del generador. 9.4.- Caso de Reclamo de Calidad de Producto Técnico en una Instalación Ubicada en una Zona Foránea de ENELVEN (Alcaldía). Estudio realizado por: B. Castellano. El estudio se inicia con la instalación un Registrador de Parámetros Eléctricos, para monitorear el origen del problema. Posteriormente, se llevan a cabo diversas inspecciones, al tablero principal de alimentación y las áreas más afectadas de la instalación. Las tablas IX-6 y IX-7 presentan un resumen de los parámetros eléctricos registrados en la Alcaldía, desde el 20 al 27 abril de 2005, tomando muestras cada minuto. En la tabla IX-6 puede observarse un resumen de la Potencia Aparente, Activa y Reactiva registrada durante el período de medición. Así mismo, en la Tabla IX-7 puede detallarse el Factor de Potencia, el porcentaje de desbalance de Tensión y de corriente registrado.

Tabla IX-6. Resumen Mediciones de Potencia - Alcaldía.

Tabla IX-7. Resumen Mediciones de FP y Desbalances - Alcaldía.

Es importante resaltar que durante el período de medición la demanda máxima registrada superó la demanda contratada de 110 KVA. Sin embargo, el factor de potencia se encuentra dentro de los Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

104

límites establecidos por la norma. En la tabla IX-7 se presenta un desbalance de corriente superior al límite establecido por el Reglamento de Servicio en su artículo 55, este caso los valores obtenidos exceden lo expuesto en dicho artículo pues durante más del 50% del período de medición el desbalance de corriente fue superior al 10%. El desbalance de carga produce sobrecarga en los conductores de neutro, puede causar funcionamiento inadecuado de equipos sensibles. La tabla IX-8 presenta los valores de Tensiones, Corrientes, Armónicos y Flicker, por fases. Para cada parámetro se muestran los registros máximos y mínimos obtenidos durante el período de medición. En la parte derecha de las tablas IX-7 y IX-8, se especifican las normas vigentes y los límites aplicables según este caso.

Tabla IX-8. Resumen Mediciones de Tensión, Armónicos y Flicker - Policlínica.

Los niveles de tensión se encuentran fuera de los límites establecidos por la Norma de Calidad de Servicio durante más del 20% del período de medición, se observaron depresiones de tensión que alcanzaron los 105 V. Adicionalmente, se observaron niveles de distorsión armónica de corriente superior al 5% durante mas del 50% del período de medición. Tablero Principal Se realizo una inspección y mediciones instantáneas al tablero principal el cual se encuentra expuesto a altos niveles de contaminación y humedad, por la ubicación de la instalación (a orillas de la playa), adicionalmente el tablero se encuentra sin tapa lo cual facilita el deterioro de los materiales que conforman sus componentes, el cableado, las conexiones, la parte metálica del tablero, en general se presentan severos signos de degradación. Esto indica que en cualquier momento puede producirse un corto circuito producto de la falta de mantenimiento y condición actual del tablero. Este hecho podría desencadenar consecuencias severas tanto para las personas que laboran y visitan la alcaldía, como para el inmueble. A continuación se listan las principales observaciones producto de la inspección realizada. Observaciones: Ausencia de tapa. Deterioro por corrosión de la caja metálica del tablero. Conexiones sulfatadas. No existe conexión de tierra visible hacia los tableros internos. Cable de neutro sulfatado completamente. Se observó un servicio directo conectado en forma insegura para dar electricidad a un kiosco Coca-Cola aledaño. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

105

A pesar de las condiciones observadas, las mediciones instantáneas dieron como resultado niveles de tensión dentro de los límites establecidos por la Norma de Calidad de Servicio. Sin embargo, se midió una tensión entre neutro y tierra de 9,8 V y una corriente de neutro de 2,9 A. Ver tabla 4.

CONEXIONES SULFATADAS

SIGNOS DE CORROSIÓN NEUTRO DETERIORADO

Figura IX-20. Evidencias de corrosión y gran deterioro en el Tablero Principal – Alcaldía.

Tablero Secundario El tablero secundario muestra signos evidentes de deterioro, existen cables de calibre inadecuado para la carga que manejan por lo que se presentan altas temperaturas en los cables pudiéndose originar un cortocircuito en cualquier momento, adicionalmente existe una condición de humedad permanente evidenciada con gotas de agua, vapor en las tuberías que canalizan el cableado y la evidente oxidación de las partes metálicas del tablero. (Ver fotos en los Anexos).

SIGNOS DE CORROSIÖN

PRESENCIA DE HUMEDAD

Figura IX-21. Evidencias de corrosión y gran deterioro en el Tablero Secundario – Alcaldía.

Observaciones: Ausencia de mantenimiento (soplado, peinado de cables, verificación de puntos calientes, etc.). Presencia de humedad en el tablero.


Página:

106

Oxidación de la parte metálica del tablero (muy deteriorada), lo cual evidencia que la condición de humedad presente, tiene tiempo. Circuitos con conductores de calibre insuficiente. Por ejemplo: el circuito No. 15 con breaker de 60 A, posee conductor calibre # 12 el cual es insuficiente para soportar la corriente medida de 34 A. En la misma condición se encuentra el circuito No. 17 con 33,4 A medidos y con conductor calibre # 12. Nivel de tensión entre neutro y tierra. Vnt = 15 V. Los niveles de tensión medidos en forma instantánea se encuentran dentro de los límites establecidos por la norma. Ver tabla 5.

Inspección área afectada - Tomacorriente de oficina afectada Durante la inspección se realizo una medición de 5 minutos para observar el comportamiento de la tensión en una de las zonas mas afectadas, pues al momento de la medición se estaba en las horas en que normalmente se han percibido las fluctuaciones de tensión (entre 10 a.m. y 12 m., de acuerdo a lo indicado por el cliente), en la figura puede observarse que durante estos 5 minutos de medición sólo hubo una depresión de tensión dentro de lo establecido por el Reglamento de Servicio, observando un valor máximo de 112,5 V y un valor mínimo de 112 V. Figura IX-22. Medición de fluctuaciones en área afectada - Alcaldía

Parámetros Eléctricos – Medición Temporal A continuación se analizaran los parámetros eléctricos que presentaron desviaciones sustanciales con respecto a las normativas vigentes. Niveles de Tensión La figura 2 muestra el perfil de tensión de la instalación durante el período de medición, se evidenciaron depresiones de tensión fuera de los límites establecidos por la Norma de Calidad de Servicio, alcanzando valores de 105 V. Como puede visualizarse en el perfil de tensión, las depresiones de tensión ocurren en horas de la noche, únicamente. El resto del día los niveles de tensión se encuentran dentro de los límites establecidos por la normativa vigente. Estos bajos niveles de tensión fuera de norma se observaron durante más del 20% del período de medición, en ambas fases, como puede observarse en la curva de duración de tensión (figura 3). De acuerdo a lo indicado por el cliente las fluctuaciones que han percibido generalmente se encuentran entre las 10:00 a.m. y 12 m. durante la mañana, y durante la tarde alrededor de las 5:00 p.m. A pesar de que durante el período de medición se registraron bajas tensiones, estas no son la causa de las fluctuaciones que han afectado al cliente. Por otra parte, el balance de tensión cumple con los niveles establecidos por la Norma de Calidad de Servicio, presentando un desbalance máximo de 0,58%.


Página:

107

135 130

Voltios

125 120 115 110 105

Tensió n A

Tensió n B

Limite M in

Limite M ax

02:50 a.m.

04:50 p.m.

06:50 a.m.

08:50 p.m.

10:50 a.m.

12:50 a.m.

02:50 p.m.

04:50 a.m.

06:50 p.m.

08:50 a.m.

10:50 p.m.

12:50 p.m.

02:50 a.m.

04:50 p.m.

06:50 a.m.

08:50 p.m.

10:50 a.m.

100

Horas de me dición. Figura IX-23. Perfil de Tensión - Alcaldía

Los resultados de estas mediciones aunados a la inspección las instalaciones de la Alcaldía, permiten inferir que las fluctuaciones de tensión percibidas por el cliente se originan internamente producto de las condiciones actuales de las instalaciones eléctricas, especialmente los tableros principal y secundario. Como se menciono en el inciso anterior, los niveles de corrosión y falta de mantenimiento preventivo y correctivo, entre otros, han generado en forma paulatina pero constante las fallas eléctricas percibidas. Ante esta situación es necesario entonces, ejecutar un plan de mantenimiento y recuperación de las instalaciones eléctricas de la instalación, principalmente los tableros de distribución. Es importante destacar, que las mediciones temporales fueron realizadas en el punto de entrega del servicio a través del equipo de medición para validar la calidad del producto técnico entregado por Enelven, puesto que las condiciones del tablero principal del cliente no estaban adecuadas para la instalación del registrador. Perfil de Carga La Figura 2 muestra el comportamiento característico de las corrientes que se manejan. En la misma se visualiza un marcado desbalance especialmente en la fase B. Así mismo, en la Figura 3 se observa que existe un porcentaje de desbalance de corrientes que excede el límite permitido por el Reglamento de Servicio Eléctrico. El Reglamento de Servicio Eléctrico en su artículo 55, establece que “El Usuario deberá usar la energía en tal forma que su carga esté equilibrada entre las fases, dentro de un rango de diez por ciento (10%) en relación con la fase de menor carga…”, en este caso los valores obtenidos exceden lo expuesto en dicho artículo pues durante más del 50% del período de medición el desbalance de corriente fue superior al 10%.


Página:

108

Comportamiento Corriente por Fase Corrient e A

Corrient e B

700 600

Amperios

500 400 300 200 100 02:50 a.m.

04:50 p.m.

06:50 a.m.

08:50 p.m.

10:50 a.m.

12:50 a.m.

02:50 p.m.

04:50 a.m.

06:50 p.m.

08:50 a.m.

10:50 p.m.

12:50 p.m.

02:50 a.m.

04:50 p.m.

06:50 a.m.

08:50 p.m.

10:50 a.m.

0

Horas de medición. Figura IX-24. Perfil de corrientes - Alcaldía

El desbalance de carga produce sobrecarga en los conductores de neutro, puede causar funcionamiento inadecuado de equipos sensibles. Una de las acciones a ejecutar para optimizar el uso de la energía eléctrica es, balancear las cargas equitativamente entre las fases. Comportamiento Desbalance de Corriente

% Desbalance

100 80 60 40 20 0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Tiempo p.u. Figura IX-25. Curva de Duración de Desbalance de corrientes – Alcaldía

Conclusiones En base a los parámetros eléctricos registrados y las inspecciones realizadas puede concluirse lo siguiente:

Durante el período de medición se observaron depresiones de tensión que alcanzaron 105 V. El nivel de tensión estuvo fuera del límite establecido por Norma de Calidad de Servicio por más del 20% del período de medición. En el punto de entrega de la Alcaldía, el desbalance de tensión, distorsión armónica de tensión, y fluctuaciones rápidas de tensión (flicker), así como el factor de potencia, se encuentran dentro de los límites establecidos por la normativa vigente. El porcentaje de desbalance de corriente se encontró por encima del nivel exigido por el Reglamento de Servicio Eléctrico en su artículo N° 55 (≤ 10%) durante más del 50% del


Página:

109

período de medición. Las lecturas mínima y máxima correspondientes a este parámetro fueron de 0% y 100%, respectivamente. Los niveles de distorsión armónica de corriente se superaron los límites establecidos por la FONDONORMA 3842 por más del 50% del periodo de medición. Durante la inspección se identificaron conexiones sulfatadas tanto en el tablero principal como en el secundario. Presencia de contaminación y humedad, así como la ausencia de mantenimiento preventivo y correctivo.

Recomendaciones La medición de los parámetros eléctricos y las inspecciones realizadas permitieron identificar algunas oportunidades de mejora, las cuales se expresan a continuación: Para la Alcaldía:

Balancear las cargas equitativamente entre las fases para evitar sobrecargas en los conductores de neutro y el funcionamiento inadecuado de equipos sensibles como las computadoras, en este caso. Ejecutar un plan de recuperación, mantenimiento preventivo y correctivo a los tableros y conexiones eléctricas, considerando las condiciones de alta corrosión de la zona (limpieza y verificación de puntos calientes, sustitución de cableado deteriorado, colocación de tapa, identificación de circuitos, normalización de empalmes y conexiones, etc.). Normalizar las instalaciones eléctricas de acuerdo a lo establecido en el Código Eléctrico Nacional. Regularizar los conductores de los circuitos del tablero secundario, utilizando los calibres de acuerdo a la carga manejada. Revisar en general las conexiones de puesta a tierra de toda la instalación.

Para la Enelven:

Ejecutar acciones que permitan servir los niveles de tensión adecuados, establecidos por la Norma de Calidad de Servicio, según la densidad de la zona. Revisión del tap de los transformadores del banco que sirve al cliente.

9.5.- Caso de Flicker y Sags en un Circuito de Distribución. Estudio realizado por: A. Abreu. Este caso comenzó por quejas de dos clientes. Uno, el de una mina de carbón, el cual se quejaba de caídas en la tensión lo cual impedía el arranque de un equipo de trituración. El segundo consistía en una estación de bombeo de agua, el cual se quejaba de perturbaciones de la tensión los cuales causaban mal funcionamiento de una trituradora de carbón. Ambos habían presentado quejas formales a nuestra empresa alegando mala calidad en la energía eléctrica suministrada. A continuación mostramos el desarrollo de este caso el cual fue resuelto aplicando la metodología propuesta para la determinación de causas de perturbaciones de tensión en instalaciones eléctricas.


Página:

110

S/E Cataneja (23,9kV)

“Acueducto” Conductor: 336,4 MCM – Troncal del circuito

R Circuito Acueducto – La Guajira

17 Km

23,9 kV S/E Puerto Rosa (138kV / 23,9kV)

1 Km

Conductor:1/0 Ramal

R Circuito Mara – Páez

R

“Mina de Carbón”

Circuito Paraguaipoa

Figura IX-26. Esquema unifilar de Alimentación a nivel de Distribución.

Estos clientes están alimentados de un circuito Acueducto – La Guajira el cual proviene de la S/E Cataneja (23,9 kV), la cual está conectada a través de una línea de sub. transmisión a la S/E Puerto Rosa en 23,9kV. Este circuito parte de la S/E Cataneja con una troncal de 17 Km., en conductor 336,4 MCM. Como se observa en la figura IX-26, la estación de bombeo está alimentado al extremo del troncal y la mina de carbón a través de un ramal trifásico en conductor 1/0. De la inspección realizada se observó, que en el troncal del circuito, existen dos bancos de condensadores de 3*200 kVAR (fijos), el primero a 5,7 Km. y el segundo a 15,1 Km. de la S/E Camaneja. Estación de Bombeo: Como se observa en la figura IX-26, este cliente está ubicado en el extremo del troncal del circuito. De la inspección realizada a la estación de bombeo, se constató que la carga instalada está conformada por motores de inducción entre los cuales se tienen tres de 400 HP y seis de 200 HP, el resto de la carga son servicios auxiliares de la planta. Se detecto que estos motores no poseían ningún mecanismo para suavizar los arranques. Es de destacar que este cliente no posee ningún equipo para la corrección del factor de potencia. Mina de Carbón: Como se observa en la figura IX-26, este cliente está conectado a través de un ramal en conductor 1/0 trifásico desde la estación de bombeo en una distancia de 1 Km. De la inspección realizada a la mina de carbón, la carga más importante es una trituradora de carbón, la cual está compuesta, por motores de inducción controlados con electrónica de potencia, donde el funcionamiento básico de este es ir moliendo diferentes tamaños de rocas de carbón, lo cual causa fuertes variaciones en la demanda de la trituradora. Cabe destacar que este cliente no posee ningún equipo para la corrección del factor de potencia. Partiendo del hecho de que los dos clientes poseían carga perturbadoras se procedió al siguiente paso, y no se investigó para este caso de estudio más profundamente en sus sistemas de puesta a tierra. Durante la semana de medición se presentó una demanda máxima de 3,81 MVA y un factor de potencia de 0,85 (inductivo). Con respecto a los parámetro de calidad de energía armónicos en tensión (THD-V) se registro un valor del 2% y de corriente de 2,5%, estando estos valores dentro de la recomendación IEEE 519. Con respecto a las fluctuaciones de tensión (Flicker) se registró un valor de Pst = 0,77, siendo el limite recomendado de Pst = 1. Estación de Bombeo: De la medición realizada en sus instalaciones, se registró una máxima de 3,20 MVA y un factor de potencia de 0,85 (inductivo). Con respecto a los armónicos en tensión se registró un valor de 2,2% y de corriente de 2%. Estos valores están dentro de la recomendación IEEE 519.


Página:

111

Figura IX-27. Curva CBEMA con los eventos registrados.

Como puede observarse mediante la curva ITIC de la figura IX-27, las caídas de la tensión en el período de medición son típicamente huecos de tensión (sags) e interrupciones de corta duración. Con respecto a los flickers se registró un valor de Pst = 1,08 (promedio), estando este valor por encima de lo recomendado (Límite: Pst = 1).

Figura IX-28. Sags registrado a causa del arranque de uno de los motores.


Página:

112

Figura IX-29. Sags registrado a causa del arranque de uno de los motores.

En las figura IX-28 y IX-29, puede verse una de las perturbaciones, el cual es típico del momento en que motores efectúan el arranque y se observa como desciende la tensión. Lo que infiere que estos motores al no poseer ningún mecanismo para suavizar el arranque, las perturbaciones se vean reflejadas a los suscriptores conectados en la red de distribución del cual se alimenta. Mina de Carbón: Este cliente posee una demanda máxima de 0,5 MVA y un factor de potencia 0,64 (inductivo). En la figura IX-30, puede observarse la demanda en corriente de este cliente donde se ve como esta carga realiza demandas bruscas lo cual hace que se refleje en la tensión.

Figura IX-30. Perfil de carga de la trituradora de carbón.

En la figura IX-31, se ve como se refleja en la Mina de Carbón, los huecos de tensión (sags) provocados por el arranque de los motores ubicados a la estación de bombeo. Con respecto a los armónicos en tensión se registro un valor de 2% (THD-V) y de corriente de 7% (THD-I), estando estos valores dentro de la recomendación IEEE 519.


Página:

113

Figura IX-31. Sag registrado en la Mina de Carbón.

Con respecto a las perturbaciones se registro un Pst = 1,07 (promedio), estando este valor por encima de lo recomendado (Limite: Pst = 1). Como se vio en las mediciones el problema principal son las perturbaciones de tensión (Flicker) y las caídas de tensión (Sags). Estas caídas de tensión (Sags) entre una de sus causales es el arranque de motores, donde la amplitud de la tensión varia entre el 90% y el 10% de su valor nominal. Los Flickers son perturbaciones de tensión sistemáticas de la amplitud dentro de un intervalo del 90 al 110% del valor nominal. Este fenómeno es causado exclusivamente por el tipo de carga que realizan esfuerzos y paradas bruscas. Además de los causales de perturbaciones de tensión mencionados anteriormente, se suma además que los circuitos de distribución rurales tienes una rata de falla alta debido a las condiciones hostiles del medio ambiente los cuales causan interrupciones del servicio eléctrico y perturbaciones impredecibles y no recurrentes, pero como pudo verse en las mediciones realizadas a estos suscriptores, la mayoría de las perturbaciones son recurrentes y sobrepasa el límite de perturbaciones de tensión de corta duración (Pst), no siendo así en la S/E Cataneja donde este valor estuvo por debajo de Pst = 1, lo cual corrobora que el problema de las perturbaciones no proviene de la empresa eléctrica sino de la carga. El impacto mas fuerte en la fluctuación de tensión es causa por el arranque de los motores. Para lo cual se recomienda la utilización de mecanismos para suavizar el arranque de estos motores. Si las perturbaciones continúan al instalar los arrancadores suaves, el siguiente paso es el de disminuir la impedancia del sistema de distribución que alimente a estos clientes. En la actualidad existe, y es utilizada la compensación en serie. Este equipo es instalado en el extremo del circuito, siendo instalada una reactancia capacitiva en serie con la línea de distribución. Con este elemento, la línea adquiere mayor capacidad de transferencia de carga lo cual hace que soporte con mayor facilidad los arranques y los aumentos bruscos de corriente causados por estos clientes. Para aplicar esta alternativa debe realizarse un estudio técnico para determinar el tamaño y ubicación del banco de condensadores en serie.


Página:

114

X.- ANEXOS. 10.- Glosario de Términos y Conceptos. ACOPLAMIENTO: Relación de dos o mas circuitos de tal forma que se establece una trasferencia de energía entre ellos. ARMÓNICO: La componente sinusoidal de una onda periódica a una frecuencia múltiplo entero de la frecuencia fundamental (60 Hz). Por ejemplo, una componente de frecuencia al triple de la frecuencia fundamental es llamado tercer armónico que seria 3* 60 o 180 Hz. AMBIENTE ELECTROMAGNÉTICO: Es la totalidad de los fenómenos electromagnéticos existentes en un sitio dado. BAJA TENSIÓN: El nivel de tensión menor o igual que 1 kV. CAIDA DE TENSIÓN (SAGS): Reducción en la magnitud rms en la señal de tensión ca a la frecuencia industrial, para duraciones desde 0.5 ciclos a 1 min. Los valores típicos están entre 0.1 y 0.9 pu. CALIDAD: Grado en que un conjunto de características inherentes a bienes y servicios cumple con unas necesidades o expectativas establecida, generalmente implícitas u obligatorias (requisitos) (Art. 4 de la Ley del Sistema Venezolano para la Calidad). CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA: Características físicas de la energía suministrada en condiciones normales de operación, que no producen interrupciones ni operaciones erráticas en equipos y procesos de la carga del suscriptor o en la red de distribución en cumplimiento de los parámetros establecidos en la norma de servicio eléctrico. CALIDAD DE POTENCIA ELÉCTRICA: Cualquier problema de potencia manifestado en la desviación de la tensión, de la corriente de la frecuencia, de sus valores ideales que ocasione falla o mala operación del equipo de un usuario. También se puede definir como las características físicas de las señales de tensión y corriente, para un tiempo dado y un lugar determinado, que tiene el propósito de satisfacer necesidades del usuario. Es conocida como Power Quality en la habla inglesa. CALIDAD DEL SERVICIO TÉCNICO: Es el conjunto de propiedades básicas inherentes a la prestación del servicio eléctrico que tienden a maximizar su confiabilidad de interrupciones del servicio de electricidad (frecuencia y la duración). CALIDAD DEL PRODUCTO TÉCNICO: Cualquier problema relacionado a los niveles de tensión del fluido eléctrico y la forma de onda de la tensión suministrada por las empresas Distribuidoras de Energía Eléctrica. CALIDAD DEL SERVICIO DE ENERGÍA ELECTRICA: Totalidad de las características técnicas y administrativas relacionadas a la distribución, transmisión y generación de la energía eléctrica que le otorgan su aptitud para satisfacer las necesidades de los usuarios. CARGA LINEAL: La carga que genera una onda de corriente senoidal cuando esta es alimentada por una fuente de tensión senoidal. Estas son las resistencias puras, inductancias y capacitancias.


Página:

115

CARGA NO LINEAL: La carga que genera una onda de corriente no senoidal cuando es alimentada por una fuente de tensión senoidal. Son las cargas compuestas por semiconductores. CARGA SENSITIVA: Carga que suele desconectarse o reiniciarse debido a una perturbación de la tensión de suministro. Las cargas de este tipo en su mayoría están basadas en electrónica. CARGA: Unidad que al recibir energía eléctrica es capaz de transformarla en otro tipo de energía útil. CENTRO DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICO: Conjunto de interruptores y dispositivos destinados a operar y vigilar el estado de los circuitos eléctricos. CIRCUITO ELÉCTRICO: Conjunto de elementos del circuito conectados en una disposición tal que conforman un sistema para mover cargas eléctricas a lo largo de trayectorias cerradas. COMPONENTE FUNDAMENTAL: Es la componente de orden 1 (60 Hz) de la cantidad de una onda periódica de una serie de fourier. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM): Capacidad de un aparato o de un sistema para funcionar en su entorno electromagnético de forma satisfactoria y sin producir, él mismo, perturbaciones electromagnéticas intolerables para todo aquello que se encuentra en este entorno. COMPATIBILIDAD: Capacidad de varios sistemas o mecanismos para operar en armonía. TENSIÓN O CORRIENTE DC (OFFSET): Es la presencia de tensión o corriente cuya frecuencia es cero. CORRIENTE ELÉCTRICA ALTERNA: El flujo de corriente en un circuito es llamado alterno si varia periódicamente en dirección. Se le denota como corriente A.C. (Altern Current) o C.A. (Corriente Alterna). CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA: El flujo de corriente en un circuito es llamado continuo si se produce siempre en una dirección. Se le denota como corriente D.C. (Direct Current) o C.C. (Corriente Continua). DESBALANCE DE TENSIÓN: Relación entre el valor RMS de la componente de secuencia negativa con respecto al valor RMS de la componente positiva. También se puede definir como la desviación máxima del promedio de la tensión trifásica dividido por el promedio de la tensión expresado en porcentaje. DEGRADACIÓN (DE DESEMPEÑO): Condición indeseada o adversa en el funcionamiento de cualquier dispositivo con respecto a su funcionamiento normal. DISTORSIÓN ARMÓNICA: Es la distorsión de la forma de la onda de tensión o corriente alterna causada por armónicos, definidos como componentes sinusoidales, con frecuencia igual a múltiplos enteros de la frecuencia del sistema. DISTORSIÓN DE LA FORMA DE ONDA: Desviación en estado estable, de una onda sinusoidal ideal con respecto a la frecuencia del sistema de potencia. Esta desviación se caracteriza, principalmente, por su contenido espectral. Existen cinco tipos principales de distorsión de forma de onda: Corriente DC (Offset), Armónicos, Interarmónicos, Muescas, Ruido. EMISIÓN: Fenómeno por el que una perturbación electromagnética emana de una fuente. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

116

EMISOR DE PERTURBACIÓN ELECTROMAGNÉTICA: Dispositivo que electromagnéticos que pueden perturbar a otros equipos en su entorno.

produce campos

ENTORNO ELECTROMAGNÉTICO: Espacio donde coexiste un conjunto de fenómenos electromagnéticos. ESPECTRO: Conjunto de componentes de frecuencias individuales que forman una onda compleja. ESTABILIDAD DE TENSIÓN Y FRECUENCIA: Es la condición de permanencia de ambos parámetros dentro de rangos predeterminados en relación a la tensión y frecuencia nominal. FACTOR DE POTENCIA FUNDAMENTAL (FPF): Angulo de desplazamiento entre la corriente y la tensión a la frecuencia fundamental. Cuando no existe distorsión armónica, es decir, cuando la onda es puramente senoidal este es igual al ángulo del factor de potencia verdadero (TPF). FACTOR DE POTENCIA VERDADERO (FPV): Angulo de desplazamiento entre la corriente y la tensión a valor RMS con contenido de tensiones y corrientes armónicas. FACTOR “K”: Nombre dado entre la UL (Underwriters Laboratory) y los fabricantes de transformadores, a la forma de medir el efecto térmico de los armónicos en los transformadores de potencia.

[

h =n

K = ∑ (Ih (pu)) 2 * (h) 2 h =1

]

Donde: K: Factor “K”. h: Orden del Armónico. Ih: Corriente de cada Componente Armónica.

El procedimiento de cálculo es desarrollado en la norma ANSI/IEEE C57.110-1998. FLUCTUACIÓN DE TENSIÓN: Serie de cambios en la tensión o una variación cíclica de la envolvente de la tensión. FLUCTUACIÓN RÁPIDA DE TENSIÓN (FLICKER): Cambios de pequeña amplitud en los niveles de tensión ocurridos a una frecuencia menor de los 25 Hz, originados por variaciones rápidas de carga que causan fluctuación de la luminancia. Sensación de inestabilidad visual inducida por un estimulo de luz cuya iluminancia o distribución espectral varia con el tiempo. IMPEDANCIA: La oposición al paso de una corriente eléctrica. Se expresa en ohms y es una combinación de la resistencia R y de la reactancia X. PULSO ELECTROMAGNETICO: Campos electromagnéticos transitorios, de alta intensidad y de banda ancha, como los que ocasionan las descargas atmosféricas. INMUNIDAD: La capacidad de un sistema para continuar operando satisfactoriamente al estar sometido a perturbaciones electromagnéticas. INTERARMÓNICO: Componente de frecuencia de una cantidad periódica, que no es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental del sistema. INTERFERENCIA DE RADIO FRECUENCIA: Es una interferencia restringida a la banda de radiofrecuencias generalmente entre 10 MHz y 10 GHz.


Página:

117

INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA (IEM): Cualquier perturbación electromagnética que se manifiesta en la degradación de la operación, el mal funcionamiento o la falla del equipo eléctrico o electrónico. INTERRUPCIÓN (AUSENCIA DE LA TENSIÓN): Se considera como tal cuando la señal de tensión decrece a menos 0.1 pu, para un tiempo mayor a 0.5 seg. LIMITE DE EMISION: Es el máximo nivel de emisión admisible. LIMITE DE INMUNIDAD: Es el mínimo nivel de inmunidad requerido. LIMITE DE PERTURBACIÓN: Máximo nivel de una perturbación electromagnética dad que incidiendo sobre un dispositivo o sistema particular le permite las condiciones de funcionamiento requeridas. LÍMITE DE PLANIFICACIÓN: El nivel de una perturbación en un entorno particular, adoptado como un valor referencial de limite para la emisión de grandes cargas e instalaciones, con el fin de coordinar estos limites con todos los limites adoptados para equipos conectados en el sistema eléctrico. MARGEN DE EMISIÓN: Es la relación entre el nivel de compatibilidad electromagnética y el límite de emisión. MARGEN DE INMUNIDAD: Es la relación entre el límite de inmunidad y el nivel de compatibilidad electromagnética MARGEN DE COMPATIBILIDAD (ELECTROMAGNÉTICA): inmunidad y el límite de emisión.

Es la relación entre el límite de

MEDIA TENSIÓN: El nivel de tensión mayor que 1 kV y menor que 69 kV. MUESCAS (NOTCHES): Perturbación periódica sobre la onda de tensión, causada por la operación normal de equipos electrónicos de potencia, cuando la corriente es conmutada de una fase a otra. NIVEL DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA: Nivel de perturbación electromagnética especificado, utilizado como nivel de referencia en el entorno para coordinar los limites antes expuestos. Son valores referenciales para la coordinación adecuada del límite de planificación sin afectar la compatibilidad electromagnética de los equipos, que forman parte del sistema de potencia. En la práctica el nivel de compatibilidad electromagnética no es un nivel máximo absoluto ya que, aunque es poco probable, puede ser superado. Por convención, el nivel de compatibilidad se selecciona de manera tal que existe únicamente una pequeña probabilidad de que exceda el nivel de perturbación real. Sin embargo, la compatibilidad electromagnética se logra únicamente si los niveles de emisión se controlan de manera tal que, en cada ubicación, el nivel de perturbación que resulta de las emisiones acumulativas es inferior al limite de planificación para cada dispositivo, equipo y sistema localizado en la misma ubicación. NIVEL DE EMISIÓN (DE UNA FUENTE DE PERTURBACIÓN): Es la magnitud de una perturbación electromagnética dada, emitida desde un dispositivo particular, equipo o sistema, y medida de un modo especificado. NIVEL DE INMUNIDAD: Es la máxima magnitud de una perturbación electromagnética dada, que incide de una manera especificada sobre un dispositivo, equipo o sistema particular, en el cual no ocurre degradación de su operación. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

118

NIVEL DE PERTURBACIÓN: Cantidad de perturbación electromagnética que existe en una ubicación dada, y que se origina a partir de todas las fuentes que contribuyen a la perturbación. PERTURBACIÓN CONDUCIDA: Fenómeno electromagnético que se propaga a lo largo de una red de distribución por medio de los conductores de la línea y, en ciertos casos, a través de los transformadores, con repercusión entre redes de diferentes niveles de tensión. Estas perturbaciones pueden degradar el funcionamiento de un dispositivo, equipo o sistema o provocar daños. PERTURBACIÓN ELECTROMAGNÉTICA: Fenómeno electromagnético susceptible de crear problemas en el funcionamiento de un dispositivo, aparato o sistema (receptor ó victima), o de afectar desfavorablemente la materia viva o inerte. Ésta puede ser un ruido, una señal no deseada ó una modificación de un medio de propagación en sí mismo. PERTURBACIÓN: Fenómeno transitorio o permanente que altera el funcionamiento normal de un dispositivo. PUNTO DE SUMINISTRO: Es aquel donde el sistema de La Distribuidora queda conectado a las instalaciones del Usuario, y donde se delimitan las responsabilidades de mantenimiento, de guarda y custodia, y de pérdidas, entre La Distribuidora y el Usuario. REACTANCIA CAPACITIVA: Parte de la reactancia total de un circuito que se debe a la presencia de capacitancia. REACTANCIA INDUCTIVA: Parte de la reactancia total de un circuito debida a la presencia de inductancias. REGLAMENTACIONES TÉCNICAS: Documento en el que se establecen las características de un producto o los procesos y métodos de producción con ellas relacionadas, con inclusión de las disposiciones administrativas aplicables y cuya observancia es obligatoria (Art. 4 de la Ley del Sistema Venezolano para la Calidad). RUIDO: Perturbación electromagnética indeseada con contenido espectral de banda ancha menor de 200 kHz, superpuesta a la tensión o corriente de los conductores de fase, en los conductores de neutro, o conductores de señal. SOBRECARGA: Operación de un equipo por arriba de su capacidad normal o de un conductor por arriba de ampacidad. SOBRECORRIENTE: Cualquier corriente por arriba de la capacidad del equipo o de la ampacidad de un conductor. Puede ser resultado de una sobrecarga, un corto circuito o una falla a tierra. SOBRETENSIÓN: Variación en estado estable mayor a 1 min., cuyo volar esta por lo menos, 10% por encima de la tensión nominal del circuito o sistema. SUBIDA DE TENSIÓN (SWELL): Incremento del valor eficaz (rms) de la señal de tensión entre 1.1 pu y 1.8 en pu, a frecuencia industrial, cuya duración es mayor a medio ciclo y menor o igual a un minuto. SUBTENSIÓN: Variación en estado estable mayor a 1 min., cuyo valor esta, por lo menos, 10% por debajo de la tensión nominal del circuito o sistema.


Página:

119

SUSCEPTIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA: La inaptitud de un dispositivo, equipo o sistema para funcionar sin degradación en presencia de una perturbación electromagnética. Susceptibilidad es una falta de inmunidad. TENSIÓN NOMINAL: Valor asignado a un circuito o sistema como conveniencia para designar su clase de voltaje, por ejemplo: 120/240 V, 480/277 V. TRANSITORIO DE IMPULSO: Cambio súbito a una frecuencia distinta a la de suministro, en condición de estado estable de la tensión, corriente, o ambos, que es unidireccional en polaridad (positiva o negativa). Estos transitorios se caracterizan, normalmente, por su tiempo de aumento y caída. TRANSITORIO DE OSCILACIÓN: Cambio repentino a una frecuencia diferente a la de suministro en la condición de estado estable de la tensión, o corriente, o ambas que incluyen ambos valores de polaridad, positivo y negativo. Un transitorio oscilatorio consta de una corriente o tensiones cuyos valores instantáneo cambian de polaridad rápidamente. Existen transitorios de oscilación de alta, media y baja frecuencia. VARIACIÓN DE FRECUENCIA: Incremento o decremento en la frecuencia del sistema de potencia. VARIACIÓN DE TENSIÓN DE CORTA DURACIÓN: Variación del valor rms de la tensión a partir de la tensión nominal, para un tiempo mayor que 0.5 ciclos a frecuencia nominal (60 Hz) de potencia, pero menor o igual a un minuto. VARIACIÓN DE TENSIÓN DE LARGA DURACIÓN: Variación del valor eficaz (rms) de la tensión a partir de la tensión nominal, para un tiempo mayor que 1 min. VATIO: Unidad que representa la potencia eléctrica. Un kilovatio es igual a 1000 vatios. Se representa por la letra W. VOLTIO: Unidad utilizada para medir la diferencia de potencial o tensión entre dos puntos de un circuito eléctrico. Su abreviatura es V. 10.1.1.- Referencias Bibliográficas. [1] Norma Técnica Colombiana NTC-5000, “Calidad de Potencia Eléctrica (CPE), Definiciones y Términos Fundamentales”. [2] Norma Técnica Colombiana NTC-IEC 61000-1-1, “Compatibilidad Electromagnética, Parte 1. Generalidades, Sección 1. Aplicaciones e Interpretación de Definiciones y Términos Fundamentales”. [3] Norma Técnica Venezolana COVENIN 3842:2004, “Control de Armónicos en Sistemas Eléctrico”. [4] Sánchez H., Acero G., Villasmil J., Saucedo J., Quintana C., “Calidad de la Energía Eléctrica – CEL”, ACIEM, Colombia 2001. [5] “Reglamento de Servicio”, (Noviembre 2003), Gaceta Oficial # 37.825, Pág. 331.103 a 331.109. [6] “Norma de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad”, (Noviembre 2003), Gaceta Oficial # Gaceta Oficial # 37.825, Pág. 331.103 a 331.109. [7] IEEE Std.1433, “Standard Glossary of Power Quality Terminology”. 10.2.- Abreviaturas. A: amperios. AC: Corriente Alterna. ASD: Accionador Ajustable de Velocidad. Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución – Por: A.Abreu – Junio 2005

Página:

120

BES: Bombas Electro Sumergibles. CBEMA: Computer Business Equipment Manufactures Association. CC: Corriente Continua (DC). CEM: Compatibilidad Electromagnética (EMC). CEN: Codigo Eléctrico Nacional. CPE: Calidad de Potencia Eléctrica. CPU: Unidad de Procesamiento Central. CT: Transformador de Corriente. CVT: Transformador Constante de Tensión. DRV: Restaurador Dinamico de Tensión. EMP: Pulso Electromagnético. EMI: Interferencia Electromagnetica. EPRI: Electric Power Research Institute. ESD: Descarga Electroestatica. FFT: Transformada Rapida de Fourier. FPF: Factor de Potencia de la Fundamental. FPV: Factor de Potencia Verdadero. h: Orden del Armónico. HF: Alta Frecuencia. HL: Baja Frecuencia. Hz: Hertz, ciclos por segundo. Icc: Corriente de Corto Circuito. ICP: Ingeniero de Calidad de Potencia. IEC: Comisión Internacional de Electromecánica. Ih: Corriente Armónica. IL: Corriente de Carga. ITIC: Information Technology Industry Council. PC: Computador Personal. PCC: Punto Común de Acoplamiento. PLC: Controlador lógico programable. Plt: Indicador Equivalente del Índice de Severidad Fluctuaciones Rápidas de Tensión (flicker) de Largo Plazo. Pst: Indicador Equivalente del Índice de Severidad Fluctuaciones Rápidas de Tensión (flicker) de Corto Plazo. PT: Transformador de Tensión. PWM: Modulación por Ancho de Pulso (Pulse Width Modulation). q: Numero de Pulsos de un Rectificador. RMS: Raíz Media Cuadrática (valor eficaz). SCR: Rectificador Controlado de Silicio (Silicon Controlled Rectifier). scr: Relación de Corto Circuito vs la Corriente Máxima. Snom: Potencia Aparente Nominal de un Equipo. THDi: Distorsión Armónica Total de Corriente. THDv (TDT) : Distorsión Armónica Total de Tensión. TPC: Transformador de Potencial Capacitivo. TRF: Transformada Rápida de Fourier. TVSS: Transient Voltage Surge Suppressor. UPS: Fuente de Potencia Ininterrumpible. VFD: Accionador de Frecuencia Variable. VSD: Accionador de Velocidad Variable. XC: Reactancia Capacitiva. XL: Reactancia Inductiva.


Página:

121

10.3.- Paginas Web Referidos al Tema de la Calidad de Potencia. En la actualidad por el nacimiento y auge de este tema en el sector eléctrico en la actualidad existe una inmensa cantidad de páginas Web. A continuación se listan diferentes enlaces de portales de Internet referidos al tema considerado importante por su aporte y contenido. Es de aclarar que las referencias a empresas consultores ò fabricantes de equipos es solo referencial y no se pretende hacer ningún tipo de publicidad. Por tal motivo se han colocado la mayor cantidad de referencias y colocados en orden alfabético. 10.3.1.- Universidades y Profesores Especialistas en la Materia. www.engr.twsu.edu/ee/pqlab/pq-lab.html www.ece.utexas.edu/~grady/ www.power.uwaterloo.ca/~claudio/ www.mty.itesm.mx/decic/deptos/ie/profesores/jabaez/clases/

(Prof. W. M. Grady). (Prof. Claudio Cañizares). (Prof. J. A. Báez).

10.3.2.- Empresas Eléctricas. www.enelven.com.ve www.fpl.com www.hydroquebec.com/en/index.shtml www.niagramohawk.com www.edelca.com.ve

www.cadafe.com.ve www.chugachelectric.com www.psnh.com www.edf.fr www.unesa.es

www.edc-ven.com www.eleval.com www.chugachelectric.com www.psnh.com www.niagaramohawk.com

www.red6.org/gnss/cpe/empresa/html www.powereliability.com www.pqview.com www.presenter.com www.procobre.com.org

www.nepsi.com www.gst.grounding.com www.cooperpower.com www.mikeholt.com

10.3.3.- Consultores. www.electrotek.com www.grounding.com www.electriahorro.com www.smartpower.com.ve www.powerquality.cooper.org

10.3.4.- Revistas y Publicaciones Digitales. www.powerquality.com www.open.com.pe/ialdia/index.htm www.tdworld.com

www.ecmweb.com/magazine/harmona.htm www.empelectcp.com.ve www.srpnet.com

10.3.5.- Artículos Técnicos de Interés. www.basler.com/html/dwntech.htm#paper www.pqstore.com/supp/TechDoc.cfm www.schneiderelectric.com/en/pdf www.robicon.com/library/ www.ch.cutler-hammer.com:2084/docs/Fred/apscpgh/hmL/PWRQUAL/LITERATURE/SA797.PDF www.uco.es/dptos/electro/electronica/documentos/calidadenlared.pdf www.powertech.co.uk/powerquality/flicker.htm (Mediciones de Descargas Atmosféricas). http://thunder.msfc.nasa.gov/data/ www.ee.ualberta.ca/pwrsys/IEEE/download.html www.ece.ualberta.ca/~wxu/ee529.html www.suparule.com www.npl.co.uk


Página:

122

10.3.6.- Organismos de Normalización. www.codelectra.org www.creg.gov.co www.fondonorma.org.ve www.ieee.org www.wto.org www.iec.ch www.iso.org

www.itic.org www.itu.int www.cenorm.be www.cenelec.be www.cigre.org www.canema.org www.copant.org

www.sencamer.gov.ve (sitio web donde se pueden descargar gratis las normas COVENIN).

10.3.7.- Software de Simulación. www.ece.utexas.edu/~grady/ www.ee.ualberta.ca/~wxu/teach/download.html www.cyme.com

www.aspeninc.com www.etap.com

10.3.8.- Fabricantes de Equipos de Medición. www.aemc.com www.powerlogic.com www.lem.com www.fluke.com www.reliablemeter.com

www.megger.com www.sensorlink.com www.pwrm.com www.ecamec.com www.powermonitors.com

10.3.9.- Fabricantes de Equipos para Solucionar Problemas. www.comsprague.com/filter.htm www.ge.com/capacitor/brochures/hfcb/applic/intro.html (General Electric). www.mtecorp.com

www.abb.com www.erico.com

10.3.10.- Organismos Gubernamentales y No – Gubernamentales. www.MEP.gov.ve www.codelectra.org www.eei.org www.canelect.ca www.isa.org www.aneel.gov.br www.adeera.com.ar www.opsis.org.ve www.epri-peac.com www.cnee.gob.gt

www.cier.org.uy/ www.olade.org.ec/ www.epri.com/ www.cepel.br/ www.fundelec.org.ve www.enre.gov.ar/ www.superele.gov.bo www.aneel.gov.br/ www.cne.cl www.creg.gov.co/index.html


www.siget.gob.sv/ www.amm.org.gt/ http://cea.nic.in/ www.enteregulador.gob.pa/ www.osinerg.org.pe/ www.cre.gov.mx www.conelec.gov.ec/ www.conelec.gov.ec http://www.paas.unal.edu.co

Página:

123

10.4.- Planilla de Recolección de Datos para Realizar Estudios de Calidad de Potencia. (Planilla diseñada por los Ingenieros Benita Castellano y José Fonseca).


Página:

124

12.Cúal(es) de los siguientes tipos de carga posee? Controladores de motores de velocidad variable o ajustable (3f) Balastro magnéticos o eléctricos (1f) (para luces de neón) Convertidores de 6 o 12 pulsos Hornos de Fundición por Arco Eléctrico Rectificadores de Tensión AC-DC AC-AC Otros _______________________________________________ 13. Poseen estación de transformación propia Trifásico Monofásico Capacidad (KVA) _____________ Y Conexión ∆

No

Sí

No

Relación de transformación PT _________ Relación de transformación CT _________

Posición del "TAP"

Temperatura

Tipo de Transformador

Vibraciones y/o zumbidos

Impedancia

Inspección visual de conexiones

14. Posee compensación reactiva Banco de capacitores Capacidad ________

Sí

Fijo Variable

Pasos _________

15. Han presentado últimamente Daños en equipos Eléctricos Sobrecalentamiento en conductores Sobrecalentamiento en Breakers Incremento en pérdidas de energía Disparo de los sistemas de protección, sin razones aparentes Operación de las protecciones de los bancos de condensadores sin explicación alguna Quema prematura de los condensadores Daños en tomacorrientes Daños en equipos de iluminación Otros: ___________________________________________________________________ Observaciones: _______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________

XI.- BIOGRAFIA DEL AUTOR. Augusto Abreu M., Graduado de Ingeniero Electricista en la Universidad Rafael Urdaneta en 1997. Su experiencia profesional abarca la planificación de redes de Distribución y Transmisión, Calidad de Potencia Eléctrica, Ingeniería Forense, Estudios Especiales de Ingeniería (Transformadores, Condensadores, entre otros), Mantenimiento de Redes Distribución, Especificaciones Técnicas de Materiales y Equipos, Evaluación de la Calidad de Materiales y Equipo en Campo y Laboratorio. En la actualidad se desempeña como Jefe de Unidad de Ingeniería de Distribución en la empresa C.A. ENERGÍA ELECTRICA DE VENEZUELA (ENELVEN). Pertenece al grupo para la elaboración de normas técnicas de CODELECTRA. Email: [email protected] [email protected]


Página:

125

Manual de Calidad de Potencia Eléctrica en Redes de Distribución

Recommend Documents