Calidad de la energía

Guayaquil, 25 de Junio del 2013

Profesor

Sixifo Falcones, PH.D

Docente de la materia: CALIDAD DE LA ENERGÍA Y ANÁLISIS DE ARMÓNICOS

A continuación encontrará el informe detallado del estudio de calidad de la energía realizado

en el tablero de distribución de 220 V de la subestación de la empresa INTERAGUA, ubicada en

la ciudadela La Floresta, en la ciudad de Guayaquil.

Se colocó un equipo FLUKE 435 en dicho tablero de distribución con la finalidad de realizar el

registro de eventos desde el 16 de mayo del 2013(15:35:32) hasta el día 21 de mayo del 2013

(07:40:32), fecha en que se lo retiró y se descargó los datos hacia nuestra PC con la finalidad

de analizar los datos registrados.

En este informe se presentan los resultados obtenidos en el tablero de distribución antes

mencionado.

Para realizar el estudio se siguieron los siguientes pasos:

1. ANALISIS PREVIO Se conversó con el departamento de mantenimiento eléctrico sobre los antecedentes

y las diversas molestias que se ocasionan a los departamentos adyacentes

2. INSPECCION VISUAL Se fue al sitio, se realizó una inspección visual y levantamiento de información al

respecto del problema presentado.

3. MEDICIONES Se recogió la siguiente información:

PARAMETROS ELECTRICOS:

Armónicas: Distorsión armónica total (THD) en voltaje y corriente

Voltaje máximo, medio y mínimo

Corriente en fase y neutro: máxima, media y mínima

Frecuencia máxima, mínima y promedio

Factor de potencia

PARAMETROS FISICOS

Temperatura

EVENTOS

Caída de voltaje de alimentación

Incremento de voltaje de alimentación

Flickers

Interrupciones

PROCEDIMIENTO GENERAL

Las normas para este tipo de mediciones especifican:

Periodo de medición: A efectos de tener información y cumplir con las

normas, la medición será mínimo de 7 días continuos.

Según el criterio de los encargados del área de mantenimiento eléctrico,

consideraron dejar instalado el analizador de energía solo por 5 días continuos.

ANALIZADOR DE REDES UTILIZADO

El analizador de redes usado es el FLUKE 435, el cual tiene las siguientes características:

CARACTERISTICAS DEL FLUKE 435

El analizador de calidad de energía Fluke 435 ayuda a localizar, predecir, prevenir y solucionar

los problemas en los sistemas de distribución de energía monofásicos y trifásicos.

Este nos permitirá obtener los diferentes parámetros eléctricos.

Medida.- Mediante entradas de tensión c.a. y entradas de corriente (a través de pinzas

amperimétricas, permiten analizar simultáneamente tensión y corriente, además de la

frecuencia, de una determinada red.

Cálculo.- Mediante el procesador se obtiene el resto de parámetros eléctricos: el factor de

potencia, potencia activa, reactiva y aparente, así como la energía activa y reactiva.

Registro.- Los resultados se almacenan en una memoria interna, para luego ser exportados a

un ordenador PC. En dicha memoria se guarda periódicamente los datos medidos y calculados.

Dentro de los parámetros que se registran se pueden mencionar:

• Armónicas: Desde la 1 a la 50 - THD de corriente y THD de voltaje- • Flicker • Voltaje máximo, mínimo y promedio • Corriente en fase máxima, mínima y promedio • Potencia activa • Frecuencia máxima, mínima y promedio • Factor de Potencia

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Una vez que se realizó la medición de todos los parámetros eléctricos, se descargó todos los

datos del equipo hacia nuestro computador utilizando el cable USB y el programa “POWER

LOG 3.4”, mismos que vienen incorporados con la adquisición del equipo, para su posterior

análisis.

DATOS DE VOLTAJE

El analizador de energía Fluke 435, cuando realiza la medición de voltaje, toma tres muestras:

Muestra mínima

Muestra media

Muestra máxima

Al momento de observar el comportamiento del voltaje se debe tener muy en cuenta los

siguientes aspectos:

El valor de voltaje nominal de Fase-Neutro, VLN=220 V

√3= 127 𝑉

Según la regulación Nº 004/001 DEL CONELEC, establece que la variación de voltaje no

debe ser mayor al +/- 8,0% del valor nominal por lo tanto el nivel de voltaje no debe

ser inferior a 116.84 V ni superior a 137.16 V de fase-Neutro.

DATOS DE VOLTAJE DE LA LINEA 1

Las siguientes gráficas muestran los datos reales que nos ofreció el equipo. Se observa los

datos de las muestras mínimas, medias y máximas, respectivamente

TENSION L1 MINIMA ( V) TENSION L1 MEDIA (V) TENSION L1 MAXIMA (V) VALOR MAXIMO 125.71 126.34 126.75

VALOR MEDIO 122.616 123.309 123.865

VALOR MINIMO 119.55 120.64 121.32

VALOR MEDIO TOTAL 123.263

OBSERVACIONES:

Los voltajes medidos durante el intervalo de tiempo se encuentran dentro del rango

establecido anteriormente ( 116.84 V mínimo – 137.16 V máximo )

Existe una caída de voltaje considerable de 119.55 V producida el 18 / 05/2013 a las

15:45:32.

El nivel de voltaje más alto registrado es de 126.75 V producido el 17/ 05 / 2013 a las

13:35:32.

Se puede establecer que el voltaje medio para la línea 1 es de 123.26 V.


TENSION L2 MINIMA ( V) TENSION L2 MEDIA (V) TENSION L2 MAXIMA (V)

VALOR MAXIMO 126.95 127.56 127.92

VALOR MEDIO 123.878 124.579 125.134

VALOR MINIMO 120.67 121.88 122.59


OBSERVACIONES:




12:45:32.


07:15:32



TENSION L3 MINIMA ( V) TENSION L3 MEDIA (V) TENSION L3 MAXIMA (V)

VALOR MAXIMO 126.85 127.46 127.9

VALOR MEDIO 123.88 124.563 125.121

VALOR MINIMO 120.91 122.07 122.68


OBSERVACIONES:




15:40:32.


06:35:32.


DATOS DE VOLTAJE DEL NEUTRO

TENSION N MINIMA ( V) TENSION N MEDIA (V) TENSION N MAXIMA (V)

VALOR MAXIMO 0.04 0.05 0.14

VALOR MEDIO 0.195 0.199 0.206

VALOR MINIMO 0.02 0.02 0.02


OBSERVACIONES:

El nivel mínimo de voltaje medido es 0.02 V.

El nivel de voltaje más alto registrado es de 0.206

La variación del voltaje del neutro es del 0.02% con respecto al nominal

DATOS DE CORRIENTE

El analizador de energía FLUKE 435, cuando realiza la medición de corriente, toma 3 muestras:

una mínima, una media y una máxima.

Al momento de observar el comportamiento de las corrientes se debe de tener en cuenta los


El valor de las corrientes en cada una de las fases debe ser lo más cercana entre sí, ya

que con esto se asegura que las cargas se encuentran equilibradas.

El valor de la corriente en el neutro debe ser lo más cercana a cero, ya que esto

demuestra que las fases se encuentran en equilibrio.

DATOS DE LA CORRIENTE DE LINEA 1

CORRIENTE L1 MIN ( A) CORRIENTE L1 MEDIA (A) CORRIENTE L1 MAX (A)

VALOR MAXIMO 126 133 379

VALOR MEDIO 65.749 70 87.966

VALOR MINIMO 9 11 14


OBSERVACIONES:

Los niveles de corriente más altos se registran el 19/05/2013 a las 12:20:32 (377 A),

19/05/2013 a las 15:40:32 (374 A), 20/05/2013 a las 09:05:32 (379 A) y 20/05/2013 a

las 15:30:32 (374 A)

El valor de la corriente media es de 74.572 A




VALOR MEDIO 61.061 70 87.966

VALOR MINIMO 3 11 14


OBSERVACIONES:


19/05/2013 a las 15:40:32 (374 A), 20/05/2013 a las 09:05:32 (379 A) y 20/05/2013 a

las 15:30:32 (374 A)





VALOR MEDIO 65.112 67.85 78.56

VALOR MINIMO 6 7 7


OBSERVACIONES:


19/05/2013 a las 14:35:32 (380 A), 20/05/2013 a las 10:00:00 (383 A) y 16/05/2013 a

las 16:15:32 (384 A)


DATOS DE LA CORRIENTE DEL NEUTRO

CORRIENTE N MIN ( A) CORRIENTE N MEDIA (A) CORRIENTE N MAX (A) VALOR MAXIMO 9.473 10.692 35.821

VALOR MEDIO 4.7094 5.77 11.6969

VALOR MINIMO 1.071 1.546 1.996


OBSERVACIONES:

Los niveles de corriente más altos se registran el 19/05/2013 a las 11:15:32 (33.805 A),

19/05/2013 a las 11:30:32 (35.821 A), 19/05/2013 a las 11:45:32 (33.088 A) y

19/05/2013 a las 13:25:32 (35.025 A)


La corriente mínima registrada es de 1.071 A

DATOS DE FRECUENCIA

El analizador de energía fluke 435, al momento de realizar la medición de frecuencia toma

3 muestras: una mínima, una media y una máxima. Las cuales se reflejan en las posteriores

gráficas.

Al momento de observar el comportamiento del voltaje se debe de tener en cuenta los


El valor de frecuencia nominal es de 60 Hz

Al momento de observar el comportamiento de la frecuencia se debe de tener en

cuenta, que la variación no debe ser menor a 59.95 Hz ni mayor a 60.05 Hz.

DATOS DE FRECUENCIA DEL SISTEMA

FRECUENCIA MIN ( HZ) FRECUENCIA MEDIA (HZ) FRECUENCIA MAX (HZ)

VALOR MAXIMO 59.99 60.037 60.119

VALOR MEDIO 59.93 59.998 60.059

VALOR MINIMO 59.806 59.95 59.997


OBSERVACIONES:

La frecuencia media total es de 59.995 HZ.

La frecuencia máxima registrada es 60.119 HZ se dio el 20/ 05/2013 a las 04:35:32.

La frecuencia mínima registrada es de 59.806 se dio el 16/05/2013 a las 15:40:32.

DATOS DE FACTOR DE POTENCIA

El factor de potencia F.P de una instalación eléctrica alimentada con corriente alterna, se

define como el cociente entre la potencia activa P y la potencia aparente S.

Si las corrientes y tensiones son señales perfectamente sinusoidales, el factor de potencia será

igual al coseno del ángulo que forman P y S en el triángulo de potencias.

Si el factor de potencia es igual a 1, significa que la potencia reactiva es nula, y la potencia

activa y aparente son iguales. Por lo tanto, la intensidad que circula por los cables es la

estrictamente necesaria para la potencia útil demandada en la instalación.

Si el factor de potencia es menor que 1, significa que la potencia reactiva no es nula y la

potencia activa y aparente no son iguales. Por lo tanto, la intensidad que circula por los cables

es mayor que la estrictamente necesaria para la potencia ;útil demandada en la instalación.

Comparado con el caso anterior, existe mayores pérdidas y calentamientos en los cables, se

pierde capacidad de transportar potencia en la instalación y se producen mayores caídas de

tensión.

DATOS DE FACTOR DE POTENCIA DE LA LINEA 1

F.P LINEA 1 MIN F.P LINEA 1 MEDIO F.P LINEA 1 MAX

VALOR MAXIMO -0.87 -0.85 -0.52

VALOR MEDIO -0.9547 -0.937 -0.88

VALOR MINIMO -0.99 -0.98 -0.97

VALOR MEDIO TOTAL -0.924

OBSERVACIONES:

El factor de potencia medio es -0.924

El factor de potencia mínimo registrado es de -0.99.

El factor de potencia máximo registrado es de -0.52.



VALOR MAXIMO -0.82 -0.8 -0.47

VALOR MEDIO -0.925 -0.903 -0.77

VALOR MINIMO -1.0 -0.99 -0.97


OBSERVACIONES:


El factor de potencia mínimo registrado es de -1.0

El factor de potencia máximo registrado es de -0.47.



VALOR MAXIMO -0.79 -0.77 -0.41

VALOR MEDIO -0.878 -0.859 -0.797

VALOR MINIMO -0.96 -0.95 -0.93


OBSERVACIONES:


El factor de potencia mínimo registrado es de -0.96

El factor de potencia máximo registrado es de -0.41

DATOS DE FACTOR DE POTENCIA TOTAL

F.P TOTAL MIN F.P TOTAL MEDIO F.P TOTAL MAX

VALOR MAXIMO 0.97 0.96 0.94

VALOR MEDIO 0.923 0.908 0.84

VALOR MINIMO 0.85 0.85 0.51


OBSERVACIONES:

El factor de potencia medio es 0.89

El factor de potencia mínimo registrado es de 0.85

El factor de potencia máximo registrado es de 0.94

DATOS DE FLICKERS

La perturbación rápida de voltaje es decir los flickers, son aquellos fenómenos en los cuales el

voltaje cambia en una amplitud moderada, generalmente menos del 10% del voltaje nominal,

pero que pueden repetirse varias veces por segundos. Este fenómeno conocido como efecto

“Flicker” (Parpadeo), causa una fluctuación en la luminosidad de las lámparas a una frecuencia

detectable por el ojo humano.

Para la medición de los flickers se debe tomar en cuenta que tipo de usuario es, y el nivel de

voltaje de la red.

Para efectos de la medición se deben considerar a los flickers de corta duración (Pst).

En nuestro caso el analizador de calidad de energía Fluke 435 nos ayuda a registrar los (Pst)

por cada una de las líneas.

Al momento de observar el comportamiento de estos flickers se debe tomar en cuenta la

norma 004/001 del CONELEC que establece el límite máximo de los (Pst) en 1.0

DATOS DE FLICKERS DE LA LINEA 1

PST LINEA 1

VALOR MAXIMO 3.835

VALOR MEDIO 0.56

VALOR MINIMO 0.091

OBSERVACIONES:

En el gráfico se observa que existe una gran cantidad de datos registrados que

sobrepasan la unidad.

El PST medio es de 0.56

El PST máximo registrado es de 3.835 sucedió 20/05/2013 a las 14:05:32

El PST mínimo registrado es de 0.091 sucedió el 18/05/2013 a las 14:32:32


PST LINEA 2

VALOR MAXIMO 1.338

VALOR MEDIO 0.546

VALOR MINIMO 0.084

OBSERVACIONES:




El PST máximo registrado es de 1.338 sucedió 18/05/2013 a las 21:05:32



PST LINEA 3

VALOR MAXIMO 2.946

VALOR MEDIO 0.549

VALOR MINIMO 0.081

OBSERVACIONES:




El PST máximo registrado es de 2.946 sucedió 20/05/2013 a las14:10:32


DATOS DE ARMONICOS DE VOLTAJES

Un voltaje armónico es un voltaje sinusoidal de frecuencia igual a un múltiplo entero de la

frecuencia fundamental de 60 HZ del voltaje nominal de suministro.

Las normas internacionales (IEEE – STANDARD – 519 – 1992) especifica valores máximos del

THD de tensión, para tensiones inferiores a 69 kV este valor debe ser máximo de 5% de la

frecuencia fundamental.

DATOS DE ARMONICOS DE VOLTAJE DE LA LINEA 1

EVOLUCION TEMPORAL DELOS HARMONICOS DE VOLTAJE EN LA LINEA 1

DATOS DE ARMONICOS PROMEDIO DE VOLTAJE LINEA 1

THDV 1.908

ORDEN 2 0.133

ORDEN 3 1.144

ORDEN 4 0.065

ORDEN 5 1.159

ORDEN 6 0.072

ORDEN 7 0.495

ORDEN 8 0.051

ORDEN 9 0.653

ORDEN 10 0.025

ORDEN 11 0.213

OBSERVACIONES:

Se puede observar que el THDV en la línea 1 presenta un valor máximo de 2.93% el

20/05/2013 a las 20:15:32

Observamos que el THD de tercer orden presenta un valor máximo de 1.88 el

20/05/2013 a las 21:40:32

El THD de quinto orden presenta un valor máximo de 2.24 el 20/05/2013 a las

23:15:32

Se puede afirmar que el THD de voltaje en la línea 1 se encuentra dentro del límite

máximo permitido y no produce daño considerable a nuestro sistema.



DATOS DE ARMONICOS PROMEDIO DE VOLTAJE LINEA 2

THDV 1.812

ORDEN 2 0.128

ORDEN 3 0.994

ORDEN 4 0.067

ORDEN 5 1.191

ORDEN 6 0.081

ORDEN 7 0.698

ORDEN 8 0.044

ORDEN 9 0.294

ORDEN 10 0.025

ORDEN 11 0.012

OBSERVACIONES:


20/05/2013 a las 23:15:32

Observamos que el THD de tercer orden presenta un valor máximo de 1.69 el

19/05/2013 a las 21:05:32

El THD de quinto orden presenta un valor máximo de 2.41 el 20/05/2013 a las

23:15:32





DATOS DE ARMONICOS PROMEDIO DE VOLTAJE LINEA 3 (%)

THDV 1.893

ORDEN 2 0.134

ORDEN 3 1.173

ORDEN 4 0.077

ORDEN 5 1.172

ORDEN 6 0.085

ORDEN 7 0.553

ORDEN 8 0.047

ORDEN 9 0.46

ORDEN 10 0.027

ORDEN 11 0.121

OBSERVACIONES:


20/05/2013 a las 20:10:32

Observamos que el THD de tercer orden presenta un valor máximo de 1.92% el

20/05/2013 a las 21:40:32

El THD de quinto orden presenta un valor máximo de 2.31% el 20/05/2013 a las

23:20:32



DATOS DE ARMONICOS DE VOLTAJE DEL NEUTRO

EVOLUCION TEMPORAL DE LOS HARMONICOS DE VOLTAJE DEL NEUTRO

DATOS DE ARMONICOS PROMEDIO DE VOLTAJE DEL NEUTRO (%)

THDV 71.142

ORDEN 2 8.599

ORDEN 3 42.621

ORDEN 4 8.711

ORDEN 5 12.957

ORDEN 6 6.626

ORDEN 7 26.383

ORDEN 8 6.119

ORDEN 9 9.953

ORDEN 10 5.88

ORDEN 11 14.21

OBSERVACIONES:

Se puede observar que el THDV en la línea del neutro presenta un valor máximo de

327.67 % el 20/05/2013 a las 22:00:32

Observamos que el THD de tercer orden presenta un valor máximo de 327.67 % el

17/05/2013 a las 18:10:32

El THD de quinto orden presenta un valor máximo de 71.31% el 17/05/2013 a las

18:10:32

Se puede afirmar que el THD de voltaje en la línea neutro sobrepasa los límites de THD

máximo permitido y causa perturbación considerable al sistema.

DATOS DE ARMONICOS DE CORRIENTES

Las normas internacionales (IEEE 519 -1992) especifican valores máximos de THD de corriente,

cuyo valor no debe superar el 20% de la frecuencia fundamental. Si al realizar el análisis

respectivo se observa que los resultados son mayores a los límites máximos permitidos,

podemos concluir que existe problemas de armónicos de corriente en la línea que se analiza

para lo cual debemos encontrar cuales son los equipos eléctricos que se encuentran

conectados a dicha línea porque puede que alguno de ellos nos esté originando dicho

problema de armónicos.

DATOS DE ARMONICOS DE CORRIENTE DE LA LINEA 1

EVOLUCION TEMPORAL DE LOS HARMONICOS DE CORRIENTE EN LA LINEA 1

DATOS DE ARMONICOS PROMEDIO DE CORRIENTE DE LA LINEA 1 (%)

THDI 14.75

ORDEN 2 1.328

ORDEN 3 9.905

ORDEN 4 0.51

ORDEN 5 8.297

ORDEN 6 0.33

ORDEN 7 5.388

ORDEN 8 0.234

ORDEN 9 2.904

ORDEN 10 0.157

ORDEN 11 1.679

OBSERVACIONES:

Se puede observar que el THDI en la línea 1 presenta un valor máximo de 33.1 % el

18/05/2013 a las 13:15:32

Observamos que el THDI de tercer orden presenta un valor máximo de 25.03 % el

18/05/2013 a las 13:15:32

El THDI de quinto orden presenta un valor máximo de 17.49 % el 18/05/2013 a las

15:10:32

Se puede afirmar que el THDI de corriente en la línea 1 no sobrepasa los límites de

THD de corriente máximo permitido y no causa perturbación considerable al sistema.




THDI 16.883

ORDEN 2 1.878

ORDEN 3 14.02

ORDEN 4 0.438

ORDEN 5 6.494

ORDEN 6 0.41

ORDEN 7 3.56

ORDEN 8 0.288

ORDEN 9 3.168

ORDEN 10 0.201

ORDEN 11 2.008

OBSERVACIONES:


21/05/2013 a las 00:00:32


21/05/2013 a las 00:00:32


12:50:32

Se puede afirmar que el THDI de corriente en la línea 2, aunque está muy cercano al

20%, no sobrepasa los límites de THD de corriente máximo permitido y no causa

perturbación peligrosa a nuestro sistema.




THDI 32.794

ORDEN 2 1.598

ORDEN 3 25.909

ORDEN 4 0.744

ORDEN 5 19.477

ORDEN 6 0.522

ORDEN 7 12.31

ORDEN 8 0.371

ORDEN 9 6.408

ORDEN 10 0.273

ORDEN 11 2.647

OBSERVACIONES:


20/05/2013 a las 05:20:32


21/05/2013 a las 04:00:32


05:20:32

Se puede afirmar que el THDI de corriente en la línea 3 sobrepasa los límites de THD

de corriente máximo permitido, con lo cual comprobamos que existe un problema de

armónicos que causa perturbación a nuestro sistema.

DATOS DE ARMONICOS DE CORRIENTE DE LA LINEA DEL NEUTRO

EVOLUCION TEMPORAL DE LOS ARMONICOS DE CORRIENTE EN LA LINEA DEL NEUTRO

DATOS DE ARMONICOS PROMEDIO DE CORRIENTE DE LA LINEA DEL NEUTRO (%)

THDI 55.903

ORDEN 2 1.695

ORDEN 3 49.769

ORDEN 4 1.257

ORDEN 5 10.87

ORDEN 6 0.815

ORDEN 7 16.332

ORDEN 8 0.472

ORDEN 9 3.518

ORDEN 10 0.451

ORDEN 11 6.024

OBSERVACIONES:

Se puede observar que el THDI en la línea del neutro presentó valores máximo de

327.67 % a lo largo de la semana.

Observamos que el THDI de tercer orden presenta un valor máximo de 327.67 % a lo

largo de la semana.

El THDI de quinto orden presenta un valor máximo de 327.67 % a lo largo de la

semana.

El THDI de séptimo orden presentó valores máximos de 327.67 % el a lo largo de la

semana.

Se puede afirmar que el THDI de corriente en la línea del neutro sobrepasa los límites

de THD de corriente máximo permitido, con lo cual comprobamos que existe un

problema de armónicos que causa perturbación a nuestro sistema.

CONCLUSIONES GENERALES:

En base al análisis de los datos registrados por el analizador Fluke 435 nos percatamos que:

Los voltajes de las tres líneas tienen valores que se encuentran en el rango normal

(116.84 V – 137.16 V).

Las corrientes de las tres líneas presentan valores promedio que podemos asegurar

que son normales. La línea 1 (74.572 A), la línea 2 (73.009) y la línea 3 (70.51), estos

valores indican que el sistema se encuentra equilibrado.

La frecuencia promedio fue de 59.995 HZ, por lo que está dentro del rango normal

(59.95 – 60.05) por lo que no representa problema alguno.

Se observó que una gran cantidad de los PST en las tres fases sobrepasaron el rango

máximo permitido, con lo cual se demuestra que si causó cierta perturbación al

sistema.

Analizando el gráfico de los THDV y comparándolos con los límites permitidos por las

normas, se puede concluir que el sistema no tiene problemas de THD de tensión.

Analizando el gráfico de los THDI de las líneas 1 y 2, y comparándolos con los límites

permitidos por las normas, se puede concluir que estas fases no presentan problemas

considerables de armónicos.

Analizando el gráfico de los THDI y el número de eventos en los que sucedió, y

comparándolos con los límites permitidos por las normas, podemos concluir que

existe un problema de armónicos en la línea 3 y también en la línea del neutro.

ANEXOS

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