ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN …

ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADOR

DE 112,5 KVA, EN EL EDIFICIO DE SISTEMAS

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

DATOS REGISTRADOS CON EL ANALIZADOR DE REDES ELÉCTRICAS

TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 18 DE SEPTIEMBRE HASTA 25 DE SEPTIEMBRE DE 2006

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O. DAYANA PELAEZ

Estudiantes encargados del proyecto ING. CARLOS ALBERTO RÍOS PORRAS

MATRÍCULA RS205 36147 Director proyecto.

02 de mayo de 2007

PEREIRA

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes Topas 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Sistemas, durante el periodo de medición que empezó a las 11:00 a.m. del 18 de septiembre de 2006 y finalizó a las 11:00 a.m. del 25 de septiembre de 2006. En la medida no aparecieron los datos tomados a partir del sábado 23 de septiembre a las 4:00 p.m. en las fases F2 (azul) y F3 (roja). Para el análisis se estudió el periodo desde las 11:00 a.m. del 18 de septiembre de 2006 hasta las 4:00 p.m. del 23 de septiembre de 2006.

El transformador que alimenta al edificio tiene los siguientes valores nominales:

Potencia aparente: 112,5 kVA

Tensión primario: 13,2 kV Corriente primario: 4,92 A

Tensión secundario: 214 V – 123 V Corriente secundario: 304 A

Tensión de corto circuito = 2,59% Corriente de corto circuito ISCT: 0,19 kA

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Sistemas.

CALIDAD DE LA ENERGÍA:

Se analizaron los siguientes parámetros:

DIFERENCIA DE POTENCIAL (TENSIÓN O VOLTAJE):

La tensión en las fases permaneció entre el 90% (110,7 V) y el 110% (135,3 V) de la tensión nominal de acuerdo con la reglamentación vigente, aunque en algunos momentos, en particular en las horas de la mañana entre las 10:00 a.m. y las 12:00 m. la tensión en la fase F2 estuvo por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 126,57 V, 122,7 V y 126,46 V, respectivamente.

La tensión entre neutro y tierra permaneció por debajo de 0,2 V.

CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 304 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 220,34 A, 302,14 A y 189,33 A, respectivamente.

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En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 88 A, 133 A y 30 A, respectivamente.

Existe un problema de balance de fases, la fase F2 tiene más carga y la fase F3 tiene menos carga.

Existe una probabilidad de 70% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 93,887 A, 137,03 A y 39,802 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 168,65 A, 241,23 A y 140,61 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 185,75A, 270,26 A y 166,07 A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1, F2 y F3 fueron 360,93 A, 547,44 A y 573,07A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 162,33 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fue aproximadamente 40 A.

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 378,25 A.

Distribución de probabilidad de los valores promedio para las corrientes en cada fase

Corriente promedio en el neutro

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POTENCIAS

Existe una probabilidad de 65,421% de que la potencia activa trifásica sea superior a 32,389 kW; una probabilidad de 31,776% de sea superior a 60,333 kW y una probabilidad de 9,746% de que sea superior a 68,215 kW.

La potencia reactiva en la fase F1 tuvo un comportamiento capacitivo con un valor extremo de -11,606 kVAr. Las fases F2 y F3 tuvieron un comportamiento inductivo con valores hasta de 8,039 kVAr y 3,460 kVAr, respectivamente.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue 75,561 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador que alimenta al edificio de Sistemas fue 67,16 %., lo que indica que el transformador de 112,5 KVA trabaja durante la mayor parte del tiempo con una carga baja aunque presentó varios picos de demanda de corta duración en los que se alcanzaron valores hasta de 181,66 KVA, presentando un factor de utilización de 161,47%.

Existe una probabilidad de 69,426% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 32,223 kVA; una probabilidad de 30,174% de que sea superior a 63,219 kVA y una probabilidad de 10,28% de que superior a 70,599 kVA.

Existe una probabilidad de 65,821% de que la máxima potencia aparente trifásicasea superior a 46,154 kVA y una probabilidad de 10,913% de que sea superior a 81,752 kVA.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.):

Ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F2 (azul) llegando a valores de 30 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F1 (amarillo) y la fase F3 (roja), los mayores valores de potencia para estas fases fueron 24,6 kW y 22,11 kW respectivamente.

El mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 73,947 kW.

En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.):

La demanda de potencia activa en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de 10 kW, 14 kW y 2,6 kW, respectivamente.

Se produjo un consumo constante de la potencia activa trifásica con valor aproximado de 26,888 kW.

La potencia aparente trifásica fue 29 kVA con un factor de utilización de 25,78%

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Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio)

FACTOR DE POTENCIA

La fase F1 tuvo variaciones entre 0,9 en adelanto y 0,99 en adelanto; el 19 de septiembre de 2007 a las 9:30 p.m. se presentó un pico con valor de 0,296 en adelanto. Las fases F2 y F3 permanecieron cerca de 0,95 en atraso, en la fase F3 se presentaron unos cambios bruscos que hicieron que la fase tuviera un comportamiento capacitivo en el periodo de tiempo desde 18 de septiembre a las 11:30 p.m. hasta el 19 de septiembre de 2006 a las 3:10 a.m.

El factor de potencia total estuvo por encima del mínimo especificado en la reglamentación vigente, su valor fue aproximadamente de 0,93 en atraso.

ENERGÍA

Durante el periodo de medición el consumo de energía activa fue de 5,918 MWh, suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes se obtiene 23 672 kWh. Respecto a la Universidad, el edificio de Sistemas representa el 12,2% del consumo de energía.

Consumo mensual aproximado 23 672 kWh

Tarifa $ 184,68/kWh

Valor aproximado mensual $ 4 371 744,96

Valor del pago de energía de la Universidad del 6 de Septiembre al 4 de Octubre De 2006 $ 35 957 196

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El consumo de energía reactiva fue 557,67 kVArh.

TENSIONES ARMÓNICAS

La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en los días de actividad académica la fase F2 tuvo el mayor valor de 8,864%. Además, en el intervalo de tiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m. también se superó el límite del 5%, la fase F3 presentó los valores más extremos llegando hasta 9,485%.

El 100% de los datos medidos en las fases F1, F2 y F3 superó el 3,231% de THDv, el 4,04% de THDv y el 3,481% de THDv, respectivamente. Para las fases F1, F2 y F3 existe una probabilidad del 70% que el THDv sea superior a 5,164%, 5,5895 y 5,352%, respectivamente; una probabilidad del 30% de que el THDv sea superior a 6,654%, 7,627% y 6,79% respectivamente y una probabilidad del 10% de que el THDv sea superior a 7,298%, 8,214% y 7,36%, respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,297 V, 6,001 V y 5,968 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividad académica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F2 el mayor valor fue 7,062 V.

La tensión armónica de orden 5 se incrementó en entre las 10:00 p.m. y las 4:00 a.m., o sea en los periodos en que no hay actividad académica, el mayor valor fue 11,329 V.

CORRIENTES ARMÓNICAS

En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7, 9, 11 y 13:

Orden armónico Fases

3 5 7 9 11 13 F1 24,301 A 7,396 A 5,535 A 4,675 A 1,636 A 2,271 A F2 35,941 A 8,392 A 8,096 A 2,810 A 2,716 A 1,064 A F3 27,681 A 5,618 A 4,797 A 3,359 A 1,715 A 1,801 A

DIAGRAMA DE ENERGIA DE UN MES

Universidad 87,8% Edificio Sistemas 12,2%

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La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento distinto en cada una de las fases F1, F2 y F3, alcanzando valores de 14,761 A, 17,952 A y 10,193 A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), las corrientes armónicas se incrementaron para los órdenes:

Orden 3, hasta 59,929 A en la fase F2. Orden 7, hasta 12,367 A, 14,808 A y 8,51 A para las fases F1, F2 y F3,

respectivamente. Orden 9, hasta 7,306 A, 4,541 A y 6,099 A para las fases F1, F2 y F3,



respectivamente.


Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente armónica de orden 3 en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 8,9 A, 14,8 A y 1,9 A, respectivamente.

Espectro de distorsión armónica de corriente en F2

EVENTOS DE TENSIÓN

No ocurrieron sobre tensiones en las fases.

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Sucedieron 4 205 huecos de tensión (dips), de ellos los dips que implican un riesgo para los equipos electrónicos son: Fase F1 dos dips, fase F2 tres dips, fase F3 un dip. Entre las causas más frecuentes de este fenómeno están las conexiones inestables en los conductores, las condiciones de falla en los sistemas eléctricos y la energización de grandes cargas eléctricas.

Fase F1

DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)58,295 9,258% 91,719 55,756%

Fase F2

DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)74,951 5,038% 191,78 44,592% 33,328 86,62%

Fase F3

DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)74,951 8,343%

En las tres fases se dieron 3 interrupciones de tensión de corta duración con una magnitud de 0,06% de VN y una duración de 1,034 s.

DESBALANCES DE TENSIÓN

En el periodo de medida existieron dos intervalos de tiempo para los cuales el desbalance de tensión fue superior al 2% (valor que fue establecido por la reglamentación vigente): (1) entre las 5:40 p.m. y las 10:50 p.m. y (2) entre las 8:00 a.m. y las 2:00 p.m.

RECOMENDACIONES

Realizar un balance de cargas, la fase F2 (azul) es la más cargada tanto en los periodos de actividad académica como de receso.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de tensión y corriente.

Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de tensión.

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 2 1. DEFINICIONES............................................................................................................. 3 2. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................... 3 3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................... 3 4. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO......................................................................... 3 5. REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ........................................................... 3

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:..................................... 3 5.2 CORRIENTES ....................................................................................................... 3 5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE: ........................................... 3 5.4 FACTOR DE POTENCIA ..................................................................................... 3 5.5 ENERGÍA............................................................................................................... 3

5.5.1. ENERGÍA ACTIVA ...................................................................................... 3 5.5.2. ENERGÍA REACTIVA ................................................................................. 3

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS ................................................................................. 3 5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS .............................................................................. 3 5.8 EVENTOS DE TENSIÓN ..................................................................................... 3 5.9 DESBALANCES DE TENSIÓN ........................................................................... 3

6. CONCLUSIONES.......................................................................................................... 3 7. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 3

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............... 3 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ............................................................. 3 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 .............. 3 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) ................................................................ 3 Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1 ......... 3 Tabla 6. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2 ......... 3 Tabla 7. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3 ......... 3

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas ............................................................................ 3 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro durante todo el periodo de medida .................... 3 Figura 3. Tensión promedio línea – línea durante todo el periodo de medida ....................... 3 Figura 4. Tensión promedio Fase – Neutro ............................................................................ 3 Figura 5. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase .. 3 Figura 6. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ............................................. 3 Figura 7. Tensión promedio en el neutro................................................................................ 3 Figura 8. Corrientes promedio en las fases ............................................................................ 3

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Figura 9. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las corrientes en cada fase.................................................................................................................................. 3

Figura 10. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 3 Figura 11. Corriente promedio en el neutro ........................................................................... 3 Figura 12. Corriente máxima en el neutro.............................................................................. 3 Figura 13. Valores promedio de la potencia activa en cada fase............................................ 3 Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica...................................................... 3 Figura 15. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica .............................. 3 Figura 16. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases ................................................ 3 Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente trifásica (kVA)................................... 3 Figura 18. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ....... 3 Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente trifásica (kVA).................................... 3 Figura 20. Distribución de probabilidad la potencia aparente trifásica (máximos)................ 3 Figura 21. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ......................................................... 3 Figura 22. Factor de potencia total ......................................................................................... 3 Figura 23. Energía activa........................................................................................................ 3 Figura 24. Diagrama de energía reactiva................................................................................ 3 Figura 25. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................... 3 Figura 26. Distribución de probabilidad para THDv.............................................................. 3 Figura 27. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 ................................................ 3 Figura 28. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 ................................................ 3 Figura 29. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 ................................................ 3 Figura 30. Tensión armónica de orden 3 ................................................................................ 3 Figura 31. Tensión armónica de orden 5 ................................................................................ 3 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ............................................. 3 Figura 33. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ............................................. 3 Figura 34. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ............................................. 3 Figura 35. Corriente armónica de orden 3.............................................................................. 3 Figura 36. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................... 3 Figura 37. Corriente armónica de orden 5 en F2.................................................................... 3 Figura 38. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................... 3 Figura 39. Corriente armónica de orden 7.............................................................................. 3 Figura 40. Corriente armónica de orden 9.............................................................................. 3 Figura 41. Corriente armónica de orden 11............................................................................ 3 Figura 42. Corriente armónica de orden 13............................................................................ 3 Figura 43. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA........................................... 3 Figura 44. Huecos de tensión (dips) en las fases F1, F2 y F3 ................................................ 3 Figura 45. Tensión de secuencia cero..................................................................................... 3 Figura 46. Tensión de secuencia positiva............................................................................... 3 Figura 47. Tensión de secuencia negativa .............................................................................. 3

Figura 48. DesbalanceV

V

!.................................................................................................... 3

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1. DEFINICIONES

Curva CBEMA: Gráfica que indica los niveles de tolerancia de los equipos de cómputo ante los disturbios en la tensión de alimentación.

CREG: Comisión de Regulación de Energía y Gas

FACTOR DE UTILIZACIÓN: Factor que mide la cargabilidad de un transformador, un valor inferior a 1 indica que el sistema eléctrico está subdimensionado, se calcula según la

ecuación: max *100%nom

kVAFu

kVA"

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red

THDV: Distorsión armónica total de tensión

TDD: Distorsión de demanda total

THDI: Distorsión armónica total de corriente

VN: Tensión nominal (V)

2. RESOLUCIONES Y NORMAS

# RESOLUCIÓN CREG 107 – 2007 (www.creg.gov.co)# RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 # RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 # ESTÁNDAR IEEE 519

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3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR

Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 112,5 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador

TRANSFORMADORCANALES

ANALIZADOR

ABB Tensión Corriente

Fase 1 (F1) 1 5

Fase 2 (F2) 2 6

Fase 3 (F3) 3 7

Neutro 4 8

Periodo de medición:Inicio: lunes 18 de septiembre de 2006 a las 11:00 a.m. Parada: lunes 25 de septiembre de 2006 a las11:10 a.m.

Procesamiento digital de las señales eléctricas: Para cada una de las señales eléctricas registradas se realizó un promedio de los valores en intervalos de 10 minutos, para el mismo intervalo se conservaron los valores máximos y mínimos de las señales.

Nota:En la medida no aparecen datos tomados a partir del Sábado 23 de Septiembre a las 4:00 p.m. en las fases F2 y F3 (Azul y Roja respectivamente), pues al momento de parada, las pinzas relacionadas con estas se encontraron desconectadas (en el piso) sin razón alguna. Sin embargo, los datos tomados son aptos para realizar el informe.

Para el análisis se estudia el periodo desde las 11:00 a.m. del 18 de septiembre de 2006 hasta las 4:00 p.m. del 23 de septiembre de 2006.

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Figura 1. Fotos de la instalación del Topas

F1

F2

F3

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4. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

# TRANSFORMADOR:



Tensión secundario: 214 V – 123 V Corriente secundario: 304 A


# TENSIONES NOMINALES:

Tensión primario: 13,2 kV Tensión secundario: 214 V – 123 V

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5. REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:

Según la resolución CREG 024 – 2005, (numeral 6.2.1.1, “Desviaciones de la frecuencia y magnitud de la tensión estacionaria”) con la cual se modifica el reglamento de distribución de energía eléctrica (resolución CREG 070 – 1998), se establece que: “Las tensiones en estado estacionario a 60 Hz no podrán ser inferiores al 90% de la tensión nominal ni ser superiores al 110% de esta durante un periodo superior a un minuto”.

Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005

TENSIÓN NOMINAL SECUNDARIO (VN)

LÍMITE INFERIOR (90%VN)

LÍMITE SUPERIOR (110%VN)

214 V 192,6V 235,4 V 123 V 110,7 V 135,3 V

En la medida no aparecieron los datos tomados a partir del sábado 23 de septiembre a las 4:00 p.m. en las fases F2 (azul) y F3 (roja). Para el análisis se estudió el periodo desde las 11:00 a.m. del 18 de septiembre de 2006 hasta las 4:00 p.m. del 23 de septiembre de 2006. En la Figura 2 y en la Figura 3, aparecen las tensiones de fase y de línea en todo el periodo de medida.

La tensión en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite inferior. En algunos momentos, en particular en las horas de la mañana entre las 10:00 a.m. y las 12:00 m. la tensión en la fase F2 estuvo por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal, llegando hasta un valor mínimo de 108,74V, Figura 4.

Existe una probabilidad del 10,014% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 124,16 V, 119,83 V y 123,46 V, respectivamente, Figura 5.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 126,57 V, 122,7 V y 126,46 V, respectivamente, Figura 6.

La tensión entre neutro y tierra permaneció por debajo de 0,2 V, Figura 7.

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Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro durante todo el periodo de medida

Figura 3. Tensión promedio línea – línea durante todo el periodo de medida

192,6 V

Periodo de tiempo sin registro por desconexión de las fases F2 y F3 por razones desconocidas, ocurrido desde el sábado 23 de Septiembre a las 4:00 p.m.

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Figura 4. Tensión promedio Fase – Neutro

Figura 5. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase

110,7 V

F1

F2

F3

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Figura 6. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3

Figura 7. Tensión promedio en el neutro

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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 304 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 220,34 A, 302,14 A y 189,33 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 88 A, 133 A y 30 A, respectivamente. De la observación anterior, se concluye que la fase F3 tiene menos carga que las fases F1 y F2 y que la fase F2 es la más cargada, y que por lo tanto, existe un problema de balance de fases. Figura 8.

Existe una probabilidad de 70% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 93,887 A, 137,03 A y 39,802 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 168,65 A, 241,23 A y 140,61 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 185,75A, 270,26 A y 166,07 A. Figura 9.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 360,93 A, 547,44 A y 573,07A, respectivamente, Figura 10.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 162,33 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fue aproximadamente 40 A, Figura 11.

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 378,25 A, Figura 12.

Figura 8. Corrientes promedio en las fases

ACTIVIDAD ACADÉMICA

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Figura 9. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las corrientes en cada fase

Figura 10. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3

F1

F2

F3

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Figura 11. Corriente promedio en el neutro

Figura 12. Corriente máxima en el neutro


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5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F2 (azul) llegando a valores de 30 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F1 (amarillo) y la fase F3 (roja), los mayores valores de potencia para estas fases fueron 24,6 kW y 22,11 kW respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de 10 kW, 14 kW y 2,6 kW, respectivamente, Figura 13.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 73,947 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante con valor aproximado de 26,888 kW, Figura 14.

Existe una probabilidad de 65,421% de que la potencia activa trifásica sea superior a 32,389 kW; una probabilidad de 31,776% de sea superior a 60,333 kW y una probabilidad de 9,746% de que sea superior a 68,215 kW, Figura 15.

La potencia reactiva en la fase F1 (amarillo) tuvo un comportamiento capacitivo con un valor extremo de -11,606 kVAr. Las fases F2 (azul) y F3 (rojo) tuvieron un comportamiento inductivo con valores extremos de 8,039 kVAr y 3,460 kVAr, respectivamente, Figura 16. El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue 75,561 kVA, (Figura 17), para este valor, el factor de utilización del transformador que alimenta al edificio de Sistemas fue 67,16 %:

max 75,561100% 100% 67,16%

112,5nom

kVA kVAFu

kVA kVA" $ " $ "

En los periodos de inactividad académica, la potencia aparente trifásica fue 29 kVA con un factor de utilización de 25,78%, Figura 17.

Existe una probabilidad de 69,426% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 32,223 kVA; una probabilidad de 30,174% de que sea superior a 63,219 kVA y una probabilidad de 10,28% de que superior a 70,599 kVA, Figura 20.

El máximo valor instantáneo de la potencia aparente trifásica fue de 181,66 kVA, el cual ocurrió el 23 de octubre a las 4:00 p.m., (Figura 19). El factor de utilización del transformador fue 161,47%.

Existe una probabilidad de 65,821% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 46,154 kVA y una probabilidad de 10,913% de que sea superior a 81,752 kVA, Figura 20.

23/52

Figura 13. Valores promedio de la potencia activa en cada fase

Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica


F1F2F3

24/52

Figura 15. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica

Figura 16. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases

25/52

Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente trifásica (kVA)

Figura 18. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio)


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Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente trifásica (kVA)

Figura 20. Distribución de probabilidad la potencia aparente trifásica (máximos)

27/52

5.4 FACTOR DE POTENCIA

La fase F1 tuvo un comportamiento capacitivo, el factor de potencia tuvo variaciones entre 0,9 en adelanto y 0,99 en adelanto; el 19 de septiembre de 2007a las 9:30 p.m. se presentó un pico con valor de 0,296 en adelanto. Las fases F2 y F3 tuvieron un comportamiento inductivo, permaneciendo cerca de 0,95 en atraso, en la fase F3 se presentaron unos cambios bruscos que hicieron que la fase tuviera un comportamiento capacitivo en el periodo de tiempo desde 18 de septiembre a las 11:30 p.m. hasta el 19 de septiembre de 2006 a las 3:10 a.m. Figura 21.

El factor de potencia total fue aproximadamente de 0,93 en atraso, Figura 22.

Figura 21. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3.

F1F2F3

28/52

Figura 22. Factor de potencia total

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5.5 ENERGÍA

5.5.1. ENERGÍA ACTIVA

El consumo de energía activa fue de 5,918 MWh, Figura 23.

Figura 23. Energía activa

El periodo de medición involucró el recibo de cobro de la empresa de Energía a la Universidad, que involucra el periodo del 6 de Septiembre al 4 de Octubre de 2006.

Total periodo de medida $ 184,68 5 918 $ 1 092 936,24

Para comparar el consumo de energía activa del edificio de Sistemas respecto a la Universidad, sin incluir el consumo del Bloque L y del Vivero, se multiplica el valor del consumo durante el periodo de medición por cuatro (4), se supone que el comportamiento de la demanda es igual durante todas las semanas.

Tarifa kWh. Consumo kWh Valor

5,918 MWh

F1F2F3SUMA

30/52


Tarifa $ 184,68/kWh

Valor aproximado mensual $ 4 371 744,96

Valor del pago de energía de la Universidad del 6 de Septiembre al 4 de Octubre De 2006 $ 35 957 196

Universidad 87,8% Edificio Sistemas 12,2%


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5.5.2. ENERGÍA REACTIVA

El consumo de energía reactiva fue 557,67 kVArh, Figura 24.

Figura 24. Diagrama de energía reactiva

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS

Las normas en Colombia, definen un máximo de distorsión armónica de tensión (THDV) en la frontera comercial entre el cliente y el Operador de Red (OR), esta frontera también se conoce como el punto de acople común (PCC). El punto donde se conectó el TOPAS 1000 no corresponde al PCC y por lo tanto no aplica la resolución CREG 024 – 2005.

Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519

Tensión del Sistema THDV Máximo (%)

Niveles de tensión < 1kV 5,0

557,67 KVArh

F1F2F3SUMA

F3

32/52

2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

%" $&

La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en los días de actividad académica la fase F2 tuvo el mayor valor extremo de 8,864%. Además, en el intervalo de tiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m. también se superó el límite del 5%, la fase F3 presentó los valores más extremos llegando hasta 9,485%, Figura 25.

El 100% de los datos medidos en las fases F1, F2 y F3 superó el 3,231% de THDv, el 4,04% de THDv y el 3,481% de THDv, respectivamente. Para las fases F1, F2 y F3 existe una probabilidad del 70% que el THDv sea superior a 5,164%, 5,5895 y 5,352%, respectivamente; una probabilidad del 30% de que el THDv sea superior a 6,654%, 7,627% y 6,79% respectivamente y una probabilidad del 10% de que el THDv sea superior a 7,298%, 8,214% y 7,36%, respectivamente, Figura 26.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,297 V, 6,001 V y 5,968 V, respectivamente, Figura 27, Figura 28 y Figura 29.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividad académica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F2 el mayor valor fue 7,062 V, Figura 30.

La tensión armónica de orden 5 se incrementó en entre las 10:00 p.m. y las 4:00 a.m., o sea en los periodos en que no hay actividad académica, el mayor valor fue 11,329 V, Figura 31.

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Figura 25. Distorsión armónica total de la tensión (THDv)

Figura 26. Distribución de probabilidad para THDv

ACTIVIDAD ACADÉMICA F1F2F3

F1F2F3

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Figura 27. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1


35/52


Figura 30. Tensión armónica de orden 3


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5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS

En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7, 9, 11 y 13, Figura 32 , Figura 33, Figura 34, Tabla 4.

Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio)



La corriente armónica de orden 3 aumentó en los días de actividad académica hasta valores de 59,929 A en la fase F2. Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 8,9 A, 14,8 A y 1,9 A, respectivamente, Figura 35.

La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento distinto en cada una de las fases F1, F2 y F3, alcanzando valores de 14,761 A, 17,952 A y 10,193 A, respectivamente, Figura 36, y Figura 38.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en los días de actividad académica hasta valores de 12,367 A, 14,808 A y 8,51 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente, Figura 39.


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La corriente armónica de orden 13 tuvo un aumento en los días de actividad académica hasta valores de 4,221 A, 2,409 A y 3,421 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente, Figura 42.

Figura 32. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1

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39/52

Figura 35. Corriente armónica de orden 3

Figura 36. Corriente armónica de orden 5 en F1


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5.8 EVENTOS DE TENSIÓN

En Colombia, con la resolución CREG 024 – 2005 se realiza una clasificación de los eventos de tensión que afectan la calidad de la potencia, pero no se definen los valores aceptables o tolerables ni la forma de compensarlos en caso de que existan.

La tensión nominal de las fases es 123 V, y los límites de tensión dados en la resolución CREG 024-2005 son 0,9 1,1N N NV V V' ' o sea que la tensión en las fases

debe estar dentro del rango de 110,7 123 135,3 .V V V' '

Para el análisis de esta medición hecha con el analizador Topas 1000 se utiliza la clasificación de eventos de la curva CBEMA, en la cual en un sistema coordenado se traza el porcentaje de variación de la tensión nominal respecto a la duración del evento, los valores que están por fuera de la incumbente superior o los que estén por debajo de la incumbente inferior son los que podrían ser más perjudiciales para los equipos electrónicos. De acuerdo a la curva CBEMA se presentaron los siguientes eventos, Figura 43:


Sucedieron 4205 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 2 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 1 dip para la fase F3, Figura 44, Tabla 5, Tabla 6 y Tabla 7.

Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1







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Figura 43. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA

Figura 44. Huecos de tensión (dips) en las fases F1, F2 y F3

F2F1F3

45/52

5.9 DESBALANCES DE TENSIÓN

El desbalance de tensión se mide como el cociente entre la tensión de secuencia

negativa y la tensión de secuencia positiva ( )VV

! y debe permanecer por debajo

del 2%, existen dos periodos en los cuales el desbalance se incrementó abruptamente: (1) entre las 5:40 p.m. y las 10:50 p.m. y (2) entre las 8:00 a.m. y las 2:00 p.m., Figura 45, Figura 46, Figura 47 y Figura 48.

Figura 45. Tensión de secuencia cero

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Figura 46. Tensión de secuencia positiva

Figura 47. Tensión de secuencia negativa

47/52

Figura 48. Desbalance V

V

!

2%

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6. CONCLUSIONES


La tensión en las fases permaneció entre el 90% (110,7 V) y el 110% (135,3 V) de la tensión nominal de acuerdo con la reglamentación vigente, aunque en algunos momentos, en particular en las horas de la mañana entre las 10:00 a.m. y las 12:00 m. la tensión en la fase F2 estuvo por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal.



CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 304 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 220,34 A, 302,14 A y 189,33 A, respectivamente.

En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 88 A, 133 A y 30 A, respectivamente.

Existe un problema de balance de fases, la fase F2 tiene más carga y la fase F3 tiene menos carga.

Existe una probabilidad de 70% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 93,887 A, 137,03 A y 39,802 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 168,65 A, 241,23 A y 140,61 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 185,75A, 270,26 A y 166,07 A.




POTENCIAS


La potencia reactiva en la fase F1 tuvo un comportamiento capacitivo con un valor extremo de -11,606 kVAr. Las fases F2 y F3 tuvieron un

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comportamiento inductivo con valores hasta de 8,039 kVAr y 3,460 kVAr, respectivamente.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue 75,561 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador que alimenta al edificio de Sistemas fue 67,16 %., lo que indica que el transformador de 112,5 KVA trabaja durante la mayor parte del tiempo con una carga baja aunque presentó varios picos de demanda de corta duración en los que se alcanzaron valores hasta de 181,66 KVA, presentando un factor de utilización de 161,47%.

Existe una probabilidad de 69,426% de que la potencia aparente trifásicasea superior a 32,223 kVA; una probabilidad de 30,174% de que sea superior a 63,219 kVA y una probabilidad de 10,28% de que superior a 70,599 kVA.

Existe una probabilidad de 65,821% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 46,154 kVA y una probabilidad de 10,913% de que sea superior a 81,752 kVA.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.):

Ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F2 (azul) llegando a valores de 30 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F1 (amarillo) y la fase F3 (roja), los mayores valores de potencia para estas fases fueron 24,6 kW y 22,11 kW respectivamente.



La demanda de potencia activa en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de 10 kW, 14 kW y 2,6 kW, respectivamente.

Se produjo un consumo constante de la potencia activa trifásica con valor aproximado de 26,888 kW.

La potencia aparente trifásica fue 29 kVA con un factor de utilización de 25,78%

FACTOR DE POTENCIA

La fase F1 tuvo variaciones entre 0,9 en adelanto y 0,99 en adelanto; el 19 de septiembre de 2007 a las 9:30 p.m. se presentó un pico con valor de 0,296 en adelanto. Las fases F2 y F3 permanecieron cerca de 0,95 en atraso, en la fase F3 se presentaron unos cambios bruscos que hicieron que la fase tuviera un comportamiento capacitivo en el periodo de tiempo desde 18 de septiembre a las 11:30 p.m. hasta el 19 de septiembre de 2006 a las 3:10 a.m.

El factor de potencia total estuvo por encima del mínimo especificado en la reglamentación vigente, su valor fue aproximadamente de 0,93 en atraso.

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ENERGÍA

Durante el periodo de medición el consumo de energía activa fue de 5,918 MWh, suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes se obtiene 23 672 kWh. Respecto a la Universidad, el edificio de Sistemas representa el 12,2% del consumo de energía.



La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en los días de actividad académica la fase F2 tuvo el mayor valor de 8,864%. Además, en el intervalo de tiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m. también se superó el límite del 5%, la fase F3 presentó los valores más extremos llegando hasta 9,485%.

El 100% de los datos medidos en las fases F1, F2 y F3 superó el 3,231% de THDv, el 4,04% de THDv y el 3,481% de THDv, respectivamente. Para las fases F1, F2 y F3 existe una probabilidad del 70% que el THDv sea superior a 5,164%, 5,5895 y 5,352%, respectivamente; una probabilidad del 30% de que el THDv sea superior a 6,654%, 7,627% y 6,79% respectivamente y una probabilidad del 10% de que el THDv sea superior a 7,298%, 8,214% y 7,36%, respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,297 V, 6,001 V y 5,968 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividad académica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F2 el mayor valor fue 7,062 V.

La tensión armónica de orden 5 se incrementó en entre las 10:00 p.m. y las 4:00 a.m., o sea en los periodos en que no hay actividad académica, el mayor valor fue 11,329 V.


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7, 9, 11 y 13:



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La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento distinto en cada una de las fases F1, F2 y F3, alcanzando valores de 14,761 A, 17,952 A y 10,193 A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), las corrientes armónicas se incrementaron para los órdenes:

Orden 3, hasta 59,929 A en la fase F2. Orden 7, hasta 12,367 A, 14,808 A y 8,51 A para las fases F1, F2 y F3,




respectivamente.


Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente armónica de orden 3 en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 8,9 A, 14,8 A y 1,9 A, respectivamente.

EVENTOS DE TENSIÓN


Sucedieron 4 205 huecos de tensión (dips), de ellos los dips que implican un riesgo para los equipos electrónicos son: Fase F1 dos dips, fase F2 tres dips, fase F3 un dip. Entre las causas más frecuentes de este fenómeno están las conexiones inestables en los conductores, las condiciones de falla en los sistemas eléctricos y la energización de grandes cargas eléctricas.

Fase F1


Fase F2


Fase F3


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En el periodo de medida existieron dos intervalos de tiempo para los cuales el desbalance de tensión fue superior al 2% (valor que fue establecido por la reglamentación vigente): (1) entre las 5:40 p.m. y las 10:50 p.m. y (2) entre las 8:00 a.m. y las 2:00 p.m.

7. RECOMENDACIONES


Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de tensión y corriente.



DE 150 KVA, EN EL EDIFICIO ADMINISTRATIVO



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 31 DE OCTUBRE HASTA 01 DE NOVIEMBRE DE 2007

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O. DAYANA PELÁEZ Estudiantes encargados del proyecto ING. CARLOS ALBERTO RÍOS P. MATRÍCULA RS205 36147 Director proyecto.

Noviembre de 2007

PEREIRA

EDIFICIO ADMINISTRATIVO

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación de administración del edificio Administrativo en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el miércoles 31 de octubre de 2007 a las 12 p.m. y finalizó a las 12 p.m. del 01 de noviembre de 2007.

El transformador que alimenta el edificio tiene los siguientes valores nominales:

Potencia aparente: 150 kVA


Tensión secundario: 208V– 214V-123V Corriente secundario: 404,68 A

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio Administrativo.



DIFERENCIA DE POTENCIAL (TENSIÓN O VOLTAJE)

La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), se presento una caída de voltaje para las tres fases de la siguiente manera: el día sábado 03 noviembre a las 11:20 a.m. el voltaje se encontraba en 114,79V cayo a 0V y a las 11:40 a.m. regreso a un estado normal de 115,04V.

Existe una probabilidad del 91,07% para la F1, del 92,26% para la F2 y del 99,60V para la F3 que el promedio de la tensión sea superior a 113,07V.



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La tensión entre neutro y tierra tuvo un comportamiento de la siguiente manera fluctuó entre 2,6 – 3 V hasta el día sábado 03 de noviembre a las 11:30 con 2,8625 V, cayo y osciló entre 0,1 V y 0,3 V hasta terminar la medición.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,21 V es de l50,2%.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 404,68 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 161,74 A, 144,16 A y 215,18A, respectivamente.

Las fases F1 y F2 se encuentran equilibradas. La F3 se encuentra sobrecargada.

Existe una probabilidad del 88,89%, 86,11% y 69,05% que la corriente promedio sea superior a 21,52 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad del 40,58%, 35,22% y 42,76% que la corriente sea superior a 45,19 A y una probabilidad del 10,62%, 1,69% y 20,83% que la corriente sea superior a 126,96A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 155,21 A, 134,04 A y 200,98 A, respectivamente.

POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), hubo un consumo aproximadamente constante de potencia activa con una pequeña caída alrededor de la 1:00 p.m. para las tres fases, la fase donde se presento el mayor consumo fue en F3 con 23,678 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan alrededor de 3,8 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 53,770 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante alrededor de 9 kW.



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La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 4,7633 kVAr, 6,8928 kVAr y 4,2627 kVAr en la fase F1 (azul), la F2 (amarillo) y F3 (roja) respectivamente.

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta 56,642 kVA dando un factor de utilización de 37,76%.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 64,165 kVA con un factor de utilización de 57,03 %. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo alrededor de los 20 kVA con un factor de utilización de 17,77%.

Existe una probabilidad de 30,36% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 25,223 kVA nominales.


FACTOR DE POTENCIA:

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamiento inductivo constante al rededor de 0.9, la F2 actuó de forma inductiva oscilando entre 0,7-0,9 tuvo un comportamiento bastante brusco los días domingo 04 y lunes 05 de noviembre llegando a valores de 0,5 y por ultimo la F3 fluctuó entre 0,8-0,95 aunque tuvo unos picos el día domingo 04 de noviembre y lunes 05 de noviembre teniendo un comportamiento capacitivo llegando a valores de 0,8792.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 y en los días que no hubo actividad académica llego a valores de 0,7.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 3,0714 MWh.



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TENSIONES ARMÓNICAS:

Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), esto es notorio en la F2 en donde se supera el limite los días domingo 04 a la 1:30 p.m. hasta las 7:30 p.m. y a las 10:20 p.m. hasta el lunes 05 de noviembre a las 6:30 a.m. y la F3 supera el limite en las horas de actividad académica pero no es muy notorio.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 10,52%, 6,75% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 4,399V, 5,1864 V y 4,6833 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de Distorsión Armónica Total con valores extremos de 5,9079 V; 7,0540 V y 6,6163 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

CORRIENTES ARMÓNICAS:

En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7en la tabla se especifican sus magnitudes.

Corrientes armónicas (valores promedio)

Orden armónico%Fases 3 5 7

F1 6,7911 A 3,9447 A 2,3886 A

F2 12,448 A 10,093 A 3,2108 A

F3 25,422 A 9,5050 A 2,1576 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 59,982 A en la fase F1, 23,894 A en la fase F2 y 18,130 A en la fase F3.

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 9,535 A, 16,609 A y 17,878 A, en la fase F1 , F2 y F3, respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 3,43 A, 6,428A y 4,99 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


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EVENTOS DE TENSIÓN:

El edificio de Eléctrica tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 6 interrupciones cortas, 112220 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3.

Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1

DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)

125,02 53,701



75.040 6,169


DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)75,040 4,041

DESBALANCES DE TENSIÓN:

No hubo momentos en los cuales el desbalance superó el 2%.

RECOMENDACIONES

En cuanto a calidad de energía:

Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio. Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7.

En cuanto a seguridad eléctrica:

En el edificio de Administrativo se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:

No guardar materiales inflamables en la subestación. Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección

dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado.


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Posteriormente, se deben implementar medidas asociadas con la actualización del sistema eléctrico del edificio para que cumpla con el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE), con el cual se busca tener una protección contra riesgos asociados con el uso de la electricidad.


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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 2 DEFINICIONES................................................................................................................... 101. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................. 10 2. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................. 11 5 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ......................................................... 14

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:................................... 14 5.2 CORRIENTES ..................................................................................................... 17 5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE: ......................................... 21 5.4 FACTOR DE POTENCIA ................................................................................... 26 5.5 ENERGÍA............................................................................................................. 29

5.5.1. ENERGÍA ACTIVA .................................................................................... 29 5.5.2. ENERGÍA REACTIVA ............................................................................... 30

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS ............................................................................... 31 5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS ............................................................................ 37 5.8 EVENTOS DE TENSIÓN ................................................................................... 41 5.9 DESBALANCES DE TENSIÓN ......................................................................... 42

3. NORMAS DE SEGURIDAD....................................................................................... 45 4. CONCLUSIONES........................................................................................................ 47

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 11 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 14 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 31 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 37 Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1 ....... 41 Tabla 6. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2 ....... 41 Tabla 7. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3 ....... 41

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas .......................................................................... 12 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 15 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 15 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 16 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 16 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 17 Figura 7. Corrientes promedio en las fases .......................................................................... 18 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 18 Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 19


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Figura 10. Corriente máxima por la fase F1......................................................................... 19 Figura 11. Corriente máxima por la fase F2......................................................................... 20 Figura 12. Corriente máxima por la fase F3......................................................................... 20 Figura 14. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 22 Figura 15. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 22 Figura 16. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 23 Figura 17. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 23 Figura 18. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 24 Figura 19. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 24 Figura 20. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 25 Figura 21. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)......... 25 Figura 22. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 26 Figura 23. Factor de potencia F1.......................................................................................... 27 Figura 24. Factor de potencia F2.......................................................................................... 27 Figura 25. Factor de potencia F3.......................................................................................... 28 Figura 26. Factor de potencia total ....................................................................................... 28 Figura 27. Energía activa...................................................................................................... 29Figura 28. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 30 Figura 29. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 32 Figura 30. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 32 Figura 31. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 33 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 33 Figura 33. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 34 Figura 34. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1...................................................... 34 Figura 35. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2...................................................... 35 Figura 36. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3...................................................... 35 Figura 37. Tensión armónica de orden 5 .......................................................................... 36 Figura 38 Tensión armónica de orden 7 ............................................................................... 36 Figura 39. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 37 Figura 40. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 38 Figura 41. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 38 Figura 42. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 39 Figura 43. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................. 39 Figura 44. Corriente armónica de orden 5 en F2.................................................................. 40 Figura 45. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................. 40 Figura 46. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 41 Figura 47. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA......................................... 42 Figura 48. Tensión de secuencia cero................................................................................... 43 Figura 49. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 43 Figura 50. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 44

Figura 51. Desbalance ! "VV

#

$ ........................................................................................... 44


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DEFINICIONES





kVAFu

kVA%

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red






RESOLUCIÓN CREG 107 – 2007 (www.creg.gov.co) RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 ESTÁNDAR IEEE 519


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Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 150 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.



ANALIZADOR

Tensión Corriente

Fase I (F1=R) 1 5

Fase II (F2=S) 2 6

Fase III(F3=T) 3 7

Neutro 4 8

Las fases R, S y T en las cuales se conectaron las sondas del analizador Topas 1000 corresponden para este estudio a las fases F1, F2 y F3.

Periodo de medición:Inicio: Miércoles 31 de octubre de 2007 a las 12 p.m. Parada: Miércoles 01 de noviembre de 2007 a las 12 p.m.


F1=R F2=S F3=T


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F2F1

F3


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4 DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

TRANSFORMADOR:



Tensión secundario: 208V– 214V-123V Corriente secundario: 404,68 A

TENSIONES NOMINALES:

Tensión primario: 13,2 kV Tensión secundario: 208V– 214V-123V


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5 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS







214 V 192,6V 235,4 V 123 V 110,7 V 135,3 V

En la Figura 2, aparecen las tensiones de fase el periodo de medida.

La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), se presento una caída de voltaje para las tres fases de la siguiente manera: el día sábado 03 noviembre a las 11:20 a.m. el voltaje se encontraba en 114,79 V cayo a 0 V y a las 11:40 a.m. regreso a un estado normal de 115,04 V. Figura 2.

Existe una probabilidad del 91,07% para la F1, del 92,26% para la F2 y del 99,60 V para la F3 que el promedio de la tensión sea superior a 113,07 V. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 124,57 V, 124,02 V y 126,26 V, respectivamente. Figura 4.

La tensión entre neutro y tierra tuvo un comportamiento de la siguiente manera fluctuó entre 2,6 – 3 V hasta el día sábado 03 de noviembre a las 11:30 con 2,8625 V, cayo y osciló entre 0,1 y 0,3 V hasta terminar la medición. Figura 5.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,21 V es de l50,2 %. Figura 6


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F1 F2 F3


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F1 F2 F3


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Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro

5.2 CORRIENTESLa corriente nominal para cada fase es de 404,68 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 161,74 A, 144,16 A y 215,18A, respectivamente.

Se observa que las fases F1 y F2 se encuentran equilibradas con respecto a la F3 que se encuentra sobrecargada. Figura 7.

Existe una probabilidad del 88,89%, 86,11% y 69,05% que la corriente promedio sea superior a 21,52 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad del 40,58%, 35,22% y 42,76% que la corriente sea superior a 45,19 A y una probabilidad del 10,62%, 1,69% y 20,83% que la corriente sea superior a 126,96A. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 155,21A, 134,04A y 200,98A, respectivamente, Figura 9.


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Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase


F1 F2 F3


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Figura 10. Corriente máxima por la fase F1.


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En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), hubo un consumo aproximadamente constante de potencia activa con una pequeña caída alrededor de la 1:00 p.m. para las tres fases, la fase donde se presento el mayor consumo fue en F3 con 23,678 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan alrededor de 3,8 kW. Figura 13

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 53,770 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante alrededor de 9 kW, Figura 14

Existe una probabilidad de 90,77% de que la potencia activa trifásica sea superior a 5,377kW; una probabilidad de 62,60% de sea superior a 8,603kW y una probabilidad de 20,04% de que sea superior a 33,875kW.Figura 15.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 4,7633 kVAr, 6,8928 kVAr y 4,2627 kVAr en la fase F1 (azul), la F2 (amarillo) y F3 (roja) respectivamente. (Figura 16).

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta 56,642 kVA dando un factor de utilización de 37,76%, (Figura 17).

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 88,528 kVA con un factor de utilización de 59,02 %. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo alrededor de los 15 kVA con un factor de utilización de 10%, Figura 19.

%02,59100*150

528,88%100*max %%%

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

Existe una probabilidad de 30,36% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 25,223 kVA nominales. Figura 18.

Existe una probabilidad de 83,23% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 11,509 kVA y una probabilidad de 20,63% de que sea superior a 44,264 kVA. Figura 20


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Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica total




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F1 F2 F3


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Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)




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Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA)

Figura 20. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)


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Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamiento inductivo constante al rededor de 0.9, la F2 actuó de forma inductiva oscilando entre 0,7-0,9 tuvo un comportamiento bastante brusco los días domingo 04 y lunes 05 de noviembre llegando a valores de 0,5 y por ultimo la F3 fluctuó entre 0,8-0,95 aunque tuvo unos picos el día domingo 04 de noviembre y lunes 05 de noviembre teniendo un comportamiento capacitivo llegando a valores de 0,8792, Figura 21, Figura 22, Figura 23 y Figura 24.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 y en los días que no hubo actividad académica llego a valores de 0,7. Figura 25


F1 F2 F3


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Figura 22. Factor de potencia F1



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5.5 ENERGÍA




F1F2F3SUMA


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F1F2F3SUMA


31/51






2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

&% '(

Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), esto es mas notorio en la F2 en donde se supera el limite los días domingo 04 a la 1:30 p.m. hasta las 7:30 p.m. y a las 10:20 p.m. hasta el lunes 05 de noviembre a las 6:30 a.m. y la F3 supera el limite en las horas de actividad académica pero no es muy notorio. Figura 28

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 10,52%, 6,75% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente, Figura 29.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 4,399V, 5,1864 V y 4,6833 V, respectivamente, Figura 30, Figura 31, y Figura 32.

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de Distorsión Armónica Total con valores extremos de 5,9079 V; 7,0540 V y 6,6163 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Figura 36


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F1 F2 F3


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Figura 33. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1


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Figura 37 Tensión armónica de orden 7


ACTIVIDAD ACADEMICA.


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En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7, Figura 38, Figura 39 y Figura 40 en la tabla 4 se especifican sus magnitudes.



F1 6,7911 A 3,9447 A 2,3886A

F2 12,448A 10,093 A 3,2108 A

F3 25,422 A 9,5050 A 2,1576A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 59,982A en la fase F1, 23,894 A en la fase F2 y 18,130 A en la fase F3. Figura 41

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 9,5354 A, 16,609 A y 17,878 A, en la fase F1 (Figura 42), F2 (Figura 43) y F3 (Figura 44), respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 3,4297A, 6,4281A y 4,9897A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente Figura 45.



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39/51



ACTIVIDAD ACADEMICA


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En Colombia, con la resolución CREG 024 – 2005 realiza una clasificación de los eventos de tensión que afectan la calidad de la potencia, pero no se definen los valores aceptables o tolerables ni la forma de compensarlos en caso de que existan. En este caso el edificio Administrativo tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 6 interrupciones cortas, 112220 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3, Figura 46. Tabla 5, Tabla 6 y Tabla 7.



125,02 53,701



75.040 6,169


DURACIÓN (ms) DIPS (%VN) 75,040 4,041

F1 F2 F3


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negativa y la tensión de secuencia positiva ! "VV

#

$ este debe permanecer por debajo

del 2%.

No hubo momentos en los cuales el desbalance superó el 2%.Figura 50.


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#

$


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3. NORMAS DE SEGURIDAD

En el edificio de Administrativo deben cumplir las siguientes normas de seguridad:

Según el CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO NTC 2050 (Primera actualización), Capitulo 1, Sección 110. REQUISITOS PARA INSTALACIONES ELÉCTRICAS.B. Requisitos para instalaciones eléctricas.

110-17. Protección de partes energizadas (de 600 V nominales o menos). a) Partes energizadas protegidas contra contacto accidental. A menos que en este código se requiera o autorice otra cosa, las partes energizadas de los equipos eléctricos que funcionen a 50 V o más deben estar protegidas contra contactos accidentales por medio de gabinetes apropiados o por cualquiera de los medios siguientes:

1) Ubicándolas en un cuarto, bóveda o recinto similar, accesible sólo a personal calificado.

2) Mediante muros adecuados, sólidos y permanentes o pantallas dispuestas de modo que al espacio cercano a las partes energizadas sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o estar situada de modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.

110-31. Encerramiento de las instalaciones eléctricas. Las instalaciones eléctricas en cuartos, habitaciones o armarios o en una zona rodeada por una pared, pantalla o cerca, cuyo acceso esté controlado por cerradura y llave u otro medio aprobado, se considerarán accesibles únicamente a personas calificadas. (…)

530. ESTUDIOS DE CINE, TELEVISIÓN Y LUGARES SIMILARES F. Subestaciones 530-64. Espacio de trabajo y resguardo. El espacio de trabajo y el resguardo en las subestaciones fijas permanentes deben cumplir con los Artículos 110-16 y 110-17.


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Además:

Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE):

Capítulo II. REQUISITOS TÉCNICOS ESENCIALES. Artículo 17. REQUISITOS DE PRODUCTOS

11. Tubería para instalaciones eléctricas:

“En inmuebles de más de tres pisos, las tuberías eléctricas no metálicas flexibles deben ir ocultas dentro de cielo rasos, pisos, muros o techos, siempre y cuando los materiales constructivos usados tengan una resistencia al fuego de mínimo 15 minutos. No se acepta el uso de tubería eléctrica de PVC, de otros materiales inflamables o que produzcan gases tóxicos con el aumento de temperatura, para instalaciones a la vista…”


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4. CONCLUSIONES


La tensión en las fases F1, F2 y F3 permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), se presento una caída de voltaje para las tres fases de la siguiente manera: el día sábado 03 noviembre a las 11:20 a.m. el voltaje se encontraba en 114,79V cayo a 0V y a las 11:40 a.m. regreso a un estado normal de 115,04V.

Existe una probabilidad del 91,07% para la F1, del 92,26% para la F2 y del 99,60V para la F3 que el promedio de la tensión sea superior a 113,07V.


La tensión entre neutro y tierra tuvo un comportamiento de la siguiente manera fluctuó entre 2,6 – 3 V hasta el día sábado 03 de noviembre a las 11:30 con 2,8625 V, cayo y osciló entre 0,1 y 0,3 V hasta terminar la medición.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,21 V es de l50,2 %.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 404,68 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 161,74 A, 144,16 A y 215,18A, respectivamente.

Se observa que las fases F1 y F2 se encuentran equilibradas. La F3 se encuentra sobrecargada.

Existe una probabilidad del 88,89%, 86,11% y 69,05% que la corriente promedio sea superior a 21,52A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad del 40,58%, 35,22% y 42,76% que la corriente sea superior a 45,19 A y una probabilidad del 10,62%, 1,69% y 20,83% que la corriente sea superior a 126,96 A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1, F2 y F3 fueron 155,21 A, 134,04 A y 200,98 A, respectivamente.


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POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), hubo un consumo aproximadamente constante de potencia activa con una pequeña caída alrededor de la 1:00 p.m. para las tres fases, la fase donde se presento el mayor consumo fue en F3 con 23,678 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan alrededor de 3,8 kW.



La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 4,7633 kVAr, 6,8928 kVAr y 4,2627 kVAr en la fase F1, la F2 y F3 respectivamente.





FACTOR DE POTENCIA:

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamiento inductivo constante al rededor de 0.9, la F2 actuó de forma inductiva oscilando entre 0,7-0,9 tuvo un comportamiento bastante brusco los días domingo 04 y lunes 05 de noviembre llegando a valores de 0,5 y por ultimo la F3 fluctuó entre 0,8-0,95 aunque tuvo unos picos el día domingo 04 de noviembre y lunes 05 de noviembre teniendo un comportamiento capacitivo llegando a valores de 0,8792.


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En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 y en los días que no hubo actividad académica llego a valores de 0,7.

ENERGÍA:




Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), esto es mas notorio en la F2 en donde se supera el limite los días domingo 04 a la 1:30 p.m. hasta las 7:30 p.m. y a las 10:20 p.m. hasta el lunes 05 de noviembre a las 6:30 a.m. y la F3 supera el limite en las horas de actividad académica pero no es muy notorio.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 10,52%, 6,75% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 4,399 V, 5,1864 V y 4,6833 V, respectivamente.






F1 6,7911 A 3,9447 A 2,3886A

F2 12,448A 10,093 A 3,2108 A

F3 25,422 A 9,5050 A 2,1576A


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La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 9,535 A, 16,61 A y 17,878 A, en la fase F1, F2 y F3, respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 3,4297A, 6,4281A y 4,9897A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


En este caso el edificio de Eléctrica tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 6 interrupciones cortas, 112220 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3,Figura 46.Tabla 5,Tabla 6,Tabla 7.



125,02 53,701



75.040 6,169


DURACIÓN (ms) DIPS (%VN) 75,040 4,041




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RECOMENDACIONES


Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7.


En el edificio de Administrativo se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal

calificado.


ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADOR DE 75 KVA, EN EL EDIFICIO DE MEDICINA



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 18 DE MAYO HASTA 25 DE MAYO DE 2007

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O. DAYANA PELÁEZ Estudiantes encargados del proyecto ING. CARLOS ALBERTO RÍOS P. MATRÍCULA RS205 36147 Director proyecto.

PEREIRA 20 de agosto de 2007

EDIFICIO DE MEDICINA

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Medicina en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el viernes 18 de mayo de 2007 a las 3:00 p.m. y finalizó a las 3.00 p.m. del 25 de mayo de 2007.




Tensión secundario: 226 V – 130 V Corriente secundario: 191,6 A



DIFERENCIA DE POTENCIAL

La tensión en las fases F1, F2 y F3 permaneció en el rango 90% 110%N N NV V V! !

de acuerdo con la resolución CREG 024-2005. La tensión entre neutro y tierra tuvo valores entre 2,259 V y 2,532 V. Es necesario

verificar la equipotencialidad de la conexión entre neutro y tierra ya que idealmente esta diferencia de potencial debe ser cero.

CORRIENTE

La corriente nominal para cada fase es de 191,6 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 182 A, 202,83 A y 237,81 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1, F2 y F3 osciló entre 13 A y 34 A. La demanda en el edificio de Medicina superó los valores nominales de las instalaciones eléctricas (potencia aparente, corriente, etc.), es necesario actualizar o redimensionar las instalaciones eléctricas del edificio.

Las máximas corrientes instantáneas en las fases F1, F2 y F3 fueron 360,89 A, 398,37 A y 359,72 A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 55,752 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro presentó valores constantes de 8 A, 9 A y 10 A. Es necesario identificar y actualizar


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la información de los distintos circuitos ramales, también se deben redistribuir las cargas monofásicas para balancear el sistema y de este modo reducir la corriente de retorno por el neutro.


POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), el consumo de potencia activa fue similar en las tres fases, la fase que consumió mayor potencia fue F3 con un valor de 27,204 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores entre 2 y 5 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue de 70,913 kW y en el periodo de receso se produjo un consumoconstante entre 5 y 15 kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 8,456 kVAr en la fase F1, la fase F2 tuvo un comportamiento inductivo con valores de 9,554 kVAr, la F3 tuvo comportamiento inductivo con valores de 9,510 kVAr.

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores de 45,599 kVA dando un factor de utilización de 60,8%.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 149,09 kVA con un factor de utilización de 198,79%. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo aproximadamente en 10 kVA con un factor de utilización de 13,33%.


FACTOR DE POTENCIA:

En el edificio de Medicina, el factor de potencia en cada una de las fases estuvo entre 0,75 y 0,95 en atraso.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo alrededor de 0,9 en atraso.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 3,359 MWh. El consumo de energía reactiva fue 1,567 MVArh.


Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), la fase F1 tuvo el mayor valor extremo de 16,701 V el día 22 de mayo a las 3:00 a.m. Además, en el intervalo de tiempo desde las 9:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en cada una de las fases.


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La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 35,91%, 29,07%, 28,97% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.


La tensión armónica de orden 5 tuvo valores de 16,383V, 6,826 V y 13,417 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7. Se deben ubicar filtros para disminuir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7 y reducir la corriente de retorno por el neutro.

Orden armónico Fases 3 5 7

F1 2,123 A 2,552 A 0,819A

F2 4,227A 4,240 A 1,271 A

F3 3,961 A 3,658 A 1,297 A


Ocurrieron 1 447 353 sobre tensiones en las fases con una duración alrededor de 10 ms, según la curva CBEMA las sobre tensiones presentadas pueden ser soportadas por los equipos electrónicos alimentados desde la subestación de Medicina.


La mayor parte del periodo de medida el desbalance de tensión fue inferior al 2% exigido en la resolución CREG 024-2005.

SEGURIDAD ELÉCTRICA:

En la instalación del analizador Topas 1000 se observaron algunas inconformidades de las instalaciones eléctricas según el Reglamento Técnico De Instalaciones Eléctricas – RETIE y el Código Eléctrico Colombiano – NTC 2050.

1. En el gabinete no existe un medio de protección contra los contactos accidentales, sección 110-17, NTC 2050.

2. La tubería para instalaciones eléctricas no cumple con los requisitos de productos.


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Recomendaciones:

En el edificio de Medicina se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:




CARLOS ALBERTO RÍOS PORRAS MAGÍSTER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA

INGENIERO ELECTRICISTA MATRÍCULA RS205 36147

CEL. 300 660 55 66 [email protected]


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TABLA DE CONTENIDO

1. DEFINICIONES............................................................................................................. 8 2. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................... 8 3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................... 9 4. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO....................................................................... 10 5 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ......................................................... 11




6 NORMAS DE SEGURIDAD....................................................................................... 42 7 CONCLUSIONES........................................................................................................ 44 8 RECOMENDACIONES .............................................................................................. 47

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............... 9 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 11 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 28 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 34

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas .......................................................................... 10 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 12 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 12 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 13 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 13 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 14 Figura 7. Corrientes promedio en las fases ...................................................................... 15 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 15 Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 16 Figura 10. Corriente máxima por la fase F1......................................................................... 16 Figura 11. Corriente máxima por la fase F2......................................................................... 17 Figura 12. Corriente máxima por la fase F3......................................................................... 17 Figura 13. Corriente promedio en el neutro ......................................................................... 18 Figura 14. Corriente máxima en el neutro............................................................................ 18


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Figura 15. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 20 Figura 16. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 20 Figura 17. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 21 Figura 18. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 21 Figura 19. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 22 Figura 20. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 22 Figura 21. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 23 Figura 22. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)......... 23 Figura 23. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3.................................................... 24 Figura 24. Factor de potencia F1.......................................................................................... 25 Figura 25. Factor de potencia F2.......................................................................................... 25 Figura 26. Factor de potencia F3.......................................................................................... 26 Figura 27. Factor de potencia total ....................................................................................... 26 Figura 28. Energía activa...................................................................................................... 27Figura 29. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 28 Figura 30. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 29 Figura 31. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 30 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 30 Figura 33. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 31 Figura 34. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 31 Figura 35. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1...................................................... 32 Figura 36. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2...................................................... 32 Figura 37. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3...................................................... 33 Figura 38. Tensión armónica de orden 5 .......................................................................... 33 Figura 39 Tensión armónica de orden 7 ............................................................................... 34 Figura 40. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 35 Figura 41. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 35 Figura 42. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 36 Figura 43. Corriente armónica de orden 3 en las tres fases.................................................. 36 Figura 44. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................. 37 Figura 45. Corriente armónica de orden 5 en F2.................................................................. 37 Figura 46. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................. 38 Figura 47. Corriente armónica de orden 7 en las tres fases.................................................. 38 Figura 48. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA......................................... 39 Figura 49. Tensión de secuencia cero................................................................................... 40 Figura 50. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 40 Figura 51. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 41


V

"

#................................................................................................... 41

Figura 53. Gabinete sin protección de partes energizadas ................................................... 42 Figura 54. Tubería para instalaciones eléctricas................................................................... 43


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1. DEFINICIONES





kVAFu

kVA$

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red








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Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 75 kVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.



ANALIZADOR


Fase I (F1=R) 1 5

Fase II (F2=S) 2 6

Fase III(F3=T) 3 7

Neutro 4 8


Periodo de medición:Inicio: Viernes 18 mayo de 2007 a las 3:00 p.m. Parada: Viernes 25 de mayo de 2007 a las 3:00 p.m.


F1=R F2=S F3=T


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TRANSFORMADOR:







11/47








226 V 203,4V 248,6V 130 V 117 V 143 V

En la Figura 2, aparecen las tensiones de fase en el periodo de medida.

La tensión en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005). Figura 2.

Existe una probabilidad del 89,81% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 124,88 V, 124,41 V y 125,91 V, respectivamente. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 137,75 V, 135,82 V y 139,36 V, respectivamente. Figura 4

La tensión entre neutro y tierra tuvo valores entre 2,259 V y 2,532 V, Figura 5. Es necesario verificar la equipotencialidad de la conexión entre neutro y tierra ya que idealmente esta diferencia de potencial debe ser cero.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 99,802%. Figura 6


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F1F2F3


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F1F2F3


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 191,6 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 182 A, 202,83 A y 237,81 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1, F2 y F3 osciló entre 13 A y 34 A, Figura 7.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 16,224 A, 36,715 A y 22,419 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 41,003 A, 53,393 A y 57,205 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 105,33A, 129,16A y 133,93. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 360,89 A, 398,37 A y 359,72 A, respectivamente, Figura 9, Figura 10, Figura 11 y Figura 12.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 58,462 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro tuvo valores entre 10 A y 43 A, Figura 13.



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ACTIVIDAD ACADEMICA


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18/47





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En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), el consumo de potencia activa fue similar en las tres fases, la fase que consumió mayor potencia fue F3 con un valor de 27,204 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores entre 2 y 5 kW, Figura 15.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue de 70,913 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante entre 5 y 15 kW,Figura 16.

Existe una probabilidad de 89,85% de que la potencia activa trifásica sea superior a 7,396 kW; una probabilidad de 60,436% de que sea superior a 9,135 kW y una probabilidad de 20,145% de que sea superior a 36,979 kW, Figura 17

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 8,456 kVAr en la fase F1 (azul), la fase F2 (roja) tuvo un comportamiento inductivo con valores de 9,554 kVAr, la F3 tuvo comportamiento inductivo con valores de 9,510 kVAr, Figura 18.

En los periodos de actividad académica, la potencia aparente total alcanzó valores de 45,599 kVA dando un factor de utilización de 60,8%, Figura 19.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 149,09 kVA con un factor de utilización de 198,79%. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo aproximadamente en 10 kVA con un factor de utilización de 13,33%, Figura 21.

max 100%nom

kVAFu

kVA$ %

Existe una probabilidad de 30,060% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 33,039 kVA nominales, Figura 20.

Existe una probabilidad de 86,012% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 16,019 kVA y una probabilidad de 33,234% de que sea superior a 44,111 kVA. Figura 22


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SUMA


22/47





23/47




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Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. En el edificio de Medicina, el factor de potencia en cada una de las fases estuvo entre 0,75 y 0,95 en atraso, Figura 23, Figura 24, Figura 25 y Figura 26.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total (trifásico) estuvo alrededor de 0,9 en atraso, Figura 27



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5.5 ENERGÍA




F1F2F3SUMA


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El consumo de energía reactiva fue 1,567 MVArh, Figura 29.



Las normas en Colombia, definen un máximo de distorsión armónica de tensión (THDV)en la frontera comercial entre el cliente y el Operador de Red (OR), esta frontera también se conoce como el punto de acople común (PCC). El punto donde se conectó el TOPAS 1000 no corresponde al PCC y por lo tanto no aplica la resolución CREG 024 – 2005.




2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

&$ %'


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Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), la fase F1 tuvo el mayor valor extremo de 16,701 V el día 22 de mayo a las 03:00 a.m. Además, en el intervalo de tiempo desde las 9:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en cada una de las fases. Figura 30

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 35,91%, 29,07%, 28,97% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente, Figura 31.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 7,062 V, 6,035 V y 6,256 V, respectivamente, Figura 32, Figura 33 y Figura 34.

La tensión armónica de orden 5 tuvo valores de 16,383 V, 6,826 V y 13,417 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 38.


F1F2F3


30/47




31/47




32/47




33/47





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En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7, Figura 40, Figura 41 y Figura 42, en la Tabla 4 se especifican sus magnitudes



F1 2,123 A 2,552 A 0,819A

F2 4,227A 4,240 A 1,271 A

F3 3,961 A 3,658 A 1,297 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 5,910 A en la fase F1, 9,628 A en la fase F2 y 11,118 A en la fase F3. Figura 43

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 7,822 A, 9,795 A y 10,192 A, en la fase F1 (Figura 44), F2 (Figura 45) y F3 (Figura 46), respectivamente.



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La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica hasta 2,575 A, 3,152 A y 3,122 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 47.




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Figura 43. Corriente armónica de orden 3 en las tres fases

ACTIVIDAD ACADEMICA


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Figura 47. Corriente armónica de orden 7 en las tres fases


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En la Figura 48 se muestran los eventos de tensión ubicados dentro de la curva CBEMA. Ocurrieron 1 447 353 sobre tensiones en las fases con una duración alrededor de 10 ms, según la curva CBEMA las sobre tensiones presentadas pueden ser soportadas por los equipos electrónicos alimentados desde la subestación de Medicina.



El desbalance de tensión se mide como el cociente entre la tensión de secuencia negativa y

la tensión de secuencia positiva ( )VV

"

# este debe permanecer por debajo del 2%. La

mayor parte del periodo de medida el desbalance de tensión fue inferior al 2% exigido en la resolución CREG 024-2005, Figura 52.


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41/47



V

"

#

2%


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6 NORMAS DE SEGURIDAD

En el edificio de Medicina deben cumplir las siguientes normas de seguridad:

Según el CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO NTC 2050 (Primera actualización), Capitulo 1, Sección 110. REQUISITOS PARA INSTALACIONES ELÉCTRICAS.

B. Requisitos para instalaciones eléctricas.




Figura 53. Gabinete sin protección de partes energizadas

110-31. Encerramiento de las instalaciones eléctricas. Las instalaciones eléctricas en cuartos, habitaciones o armarios o en una zona rodeada por una pared, pantalla o cerca, cuyo acceso esté controlado por cerradura y llave u otro medio aprobado, se considerarán accesibles únicamente a personas calificadas (…)


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530. ESTUDIOS DE CINE, TELEVISIÓN Y LUGARES SIMILARES

F. Subestaciones 530-64. Espacio de trabajo y resguardo. El espacio de trabajo y el resguardo en las subestaciones fijas permanentes deben cumplir con los Artículos 110-16 y 110-17.

Además:





Figura 54. Tubería para instalaciones eléctricas


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7 CONCLUSIONES

DIFERENCIA DE POTENCIAL

La tensión en las fases F1, F2 y F3 permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005).

Existe una probabilidad del 89,81% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 124,88 V, 124,41 V y 125,91 V, respectivamente.


La tensión entre neutro y tierra tuvo valores entre 2,259 V y 2,532 V. Es necesario verificar la equipotencialidad de la conexión entre neutro y tierra ya que idealmente esta diferencia de potencial debe ser cero.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 99,802%.

CORRIENTE

La corriente nominal para cada fase es de 191,6 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 182 A, 202,83 A y 237,81 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1, F2 y F3 osciló entre 13 A y 34 A.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 16,224 A, 36,715 A y 22,419 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 41,003 A, 53,393 A y 57,205 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 105,33A, 129,16A y 133,93.

Las máximas corrientes instantáneas en las fases F1, F2 y F3 fueron 360,89 A, 398,37 A y 359,72 A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 58,462 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro tuvo valores entre 10 A y 43 A.


POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), el consumo de potencia activa fue similar en las tres fases, la fase que consumió mayor potencia fue F3 con un valor de 27,204 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores entre 2 y 5 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue de 70,913 kW y en el periodo de receso se produjo un consumoconstante entre 5 y 15 kW.


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Existe una probabilidad de 89,85% de que la potencia activa trifásica sea superior a 7,396 kW; una probabilidad de 60,436% de que sea superior a 9,135 kW y una probabilidad de 20,145% de que sea superior a 36,979 kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 8,456 kVAr en la fase F1, la fase F2 tuvo un comportamiento inductivo con valores de 9,554 kVAr, la F3 tuvo comportamiento inductivo con valores de 9,510 kVAr.

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores de 45,599 kVA dando un factor de utilización de 60,8%.




FACTOR DE POTENCIA:

En el edificio de Medicina, el factor de potencia en cada una de las fases estuvo entre 0,75 y 0,95 en atraso.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo alrededor de 0,9 en atraso.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 3,359 MWh. El consumo de energía reactiva fue 1,567 MVArh.


Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), la fase F1 tuvo el mayor valor extremo de 16,701 V el día 22 de mayo a las 03:00 a.m. Además, en el intervalo de tiempo desde las 9:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en cada una de las fases.



La tensión armónica de orden 5 tuvo valores de 16,383V, 6,826 V y 13,417 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


46/47


En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7.


F1 2,123 A 2,552 A 0,819A

F2 4,227A 4,240 A 1,271 A

F3 3,961 A 3,658 A 1,297 A


La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 7,822 A, 9,795 A y 10,192 A, en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica hasta 2,575 A, 3,152 A y 3,122 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


Ocurrieron 1 447 353 sobre tensiones en las fases con una duración alrededor de 10 ms, según la curva CBEMA las sobre tensiones presentadas pueden ser soportadas por los equipos electrónicos alimentados desde la subestación de Medicina.


La mayor parte del periodo de medida el desbalance de tensión fue inferior al 2% exigido en la resolución CREG 024-2005.


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8 RECOMENDACIONES


La demanda en el edificio de Medicina superó los valores nominales de las instalaciones eléctricas (potencia aparente, corriente, etc), es necesario actualizar o redimensionar las instalaciones eléctricas del edificio.

Es necesario identificar y actualizar la información de los distintos circuitos ramales, también se deben redistribuir las cargas monofásicas para balancear el sistema y de este modo reducir la corriente de retorno por el neutro.

Se deben ubicar filtros para disminuir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7 y reducir la corriente de retorno por el neutro.


En el edificio de Medicina se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:




ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADOR DE 112,5 KVA, EN EL EDIFICIO DE AGUAS

UTP


TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 31 DE OCTUBRE HASTA EL 07 DE NOVIEMBRE DE 2006




2 de mayo de 2007

PEREIRA

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes Topas 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Aguas en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó a las 3:30 p.m. del 31 de Octubre de 2006 y finalizó a las 4:00 p.m. del 7 de Noviembre de 2006.



Tensión nominal primario: 13,2 kV Corriente nominal primario: 4,92 A

Tensión nominal secundario: 226 V – 130 VCorriente nominal secundario: 287,4 A

Tensión de corto circuito = 3,31% Corriente de corto circuito ISCT = 8,68 kA

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Aguas.




La tensión en las fases permaneció dentro de los valores establecidos por la reglamentación vigente, o sea que estuvo en el intervalo entre el 90% VN y el 110% VN.

La tensión entre las fases y el neutro permaneció por debajo de 0,2 V.

CORRIENTE:

En condiciones normales de operación, la corriente en las tres fases es inferior al valor nominal de 287,4 A.

En los periodos laborales (desde las 6:00 a.m. hasta las 8:00 p.m.), la mayor corriente promedio en la fase F2 fue 36,388 A, en la fase F1 fue 24,48 A y en la fase F3 fue 27,234 A. La fase F2 está más cargada que las otras fases, pero en general, el sistema eléctrico del edificio de Aguas puede soportar un crecimiento de la carga.

En los periodos de receso (desde las 8:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases permaneció entre 6 y 10 A.

En la fase F1 se presentaron dos corrientes instantáneas con valores de 102,05 A y 333,68 A.

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Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en la fase F1, F2 y F3 sea superior a 5 A, 8,1 A y 7,4 A respectivamente. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 6,7 A, 11,4 A y 9,71A y una probabilidad de 10% de que sea superior a 17,93A, 26,12 A y 18,45 A.

En los periodos laborales, el mayor valor promedio de la corriente en el neutro fue de 21,076 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fue aproximadamente 5 A. La mayor corriente instantánea fue 83,705 A.

Distribución de probabilidad para la corriente

POTENCIAS:

La fase F2 presentó la mayor demanda de potencia activa 4,3 kW. La potencia activa trifásica tuvo alcanzó valor promedio de 9,3 kW. En el periodo sin actividad laboral existió una demanda de potencia activa trifásica

variando 1,68 kW y 2,385 kW. Existe una probabilidad de 84,87% de que la potencia activa trifásica sea superior a

2,1 kW; una probabilidad de 39,31% de que sea superior a 3,38 kW y una probabilidad de 12,56% de que sea superior a 12,56 kW.

El mayor valor promedio para la potencia aparente trifásica total fue de 9,742 kVA, obteniendo un factor de utilización de 21,64%, donde la potencia nominal del transformador es 112,5 kVA.

Fase 1 Fase 2 Fase 3

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El mayor valor instantáneo para la potencia aparente trifásica total fue de 47,585 kVA, obteniendo un factor de utilización de 105,74 %.

Existe una probabilidad de 77,54% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 2,64 kVA y una probabilidad de 50,74% de que sea superior a 3,107 kVA. Existe una probabilidad de 9,39% de que la potencia aparente sea superior a 7,62 kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

En los periodos no laborales (entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m. y fin de semana), el factor de potencia en las fases F1 y F2 no tuvo un buen comportamiento y fue inferior a 0,9 en atraso (inductivo), en la fase F3 el factor de potencia estuvo en adelanto (capacitivo).

En los periodos laborales, el factor de potencia en las fases F1 y F2 tuvo un buen comportamiento y fue superior a 0,9 en atraso.

El factor de potencia total tuvo un buen comportamiento y fue superior a 0,9 en atraso en los periodos laborales. En los periodos no labores, estuvo fluctuando entre inductivo y capacitivo en intervalos de 10 minutos, se registraron valores extremos de 0,778 en atraso.

ENERGÍA:

Durante el periodo de medición el consumo de energía activa fue de 633,14 kWh., suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes se obtiene un consumo mensual aproximado de 2 532,496 kWh con un costo mensual de $464 232. Respecto a la Universidad (sin incluir el Vivero ni el bloque L), el edificio de Aguas representa el 1,12% del consumo de energía.

Consumo mensual aproximado 2 532,496 kWh

Tarifa por kWh $ 183,31

Valor aproximado mensual $ 464 231, 8418

Valor del pago de energía de la Universidad del 5 de Octubre al 4 de Noviembre De 2006 $ 41 498 355

Universidad 98,88%

Edificio Aguas 1,12%


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El consumo de energía reactiva fue 35,720 kVArh


En los periodos laborales el THDv superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de tensión de orden 5 y 7, pero presentó una atenuación en su valor debido a cargas que generan corrientes armónicas de orden 3. En los periodos no laborales también se superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de tensión de orden 5 y 7.

Los armónicos de tensión más representativos son los de orden 3, 5 y 7. El armónico de orden 5 tiene el mayor de tensión en las tres fases, es aproximadamente igual a 5,889 V, 5,379 V y 5,672 V para las fases F1, F2 y F3.


El armónico de orden 3 es el más representativo, en la fase F2 la corriente armónica tuvo el mayor valor promedio de 4,620 A, en la fase F3 de 2,242 A y en la fase F1 de 1,266 A.

En los periodos de actividad laboral, se incrementan los armónicos de orden 3 en las fases F1 y F2 hasta 2,49 y 4,62 A. La fase F3 tiene un flujo de corriente que tiene ligeros incrementos en comparación con los periodos no laborales llegando hasta 2,8 A. El armónico de orden 5 se incrementa en la fase F2 hasta 1,974 A.

En los periodos sin actividad laboral, existe un flujo aproximadamente constante de las corrientes de orden 3 en las fases F2 y F3 con un valor aproximado de 2,1 y 2,3 A.


En las fases F1 y F2 se presentaron 123 590 eventos de sobre tensión (incluyendo los eventos de corta y de larga duración), los cuales pueden afectar la operación o vida útil de los aparatos electrónicos. Sus causas pueden ser de distintos tipos: condiciones de falla, energización de cargas, conexiones inestables en los conductores. Es necesario realizar una inspección del estado de la red eléctrica del edificio de Aguas y del tipo de cargas conectadas al mismo, es posible que se deban utilizar reguladores de tensión para la protección de los equipos electrónicos sensibles.

DESBALANCE DE TENSIÓN:

En la mayor parte del periodo de medida, las tensiones estuvieron balanceadas y su asimetría fue inferior al 2%, cuyo valor fue establecido por la reglamentación vigente.

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RECOMENDACIONES

En cuanto a la calidad de la energía:


Para el crecimiento de la carga se debe tener en cuenta que en estos momentos la fase F2 está más cargada que las otras dos.

Se debe seguir monitoreando el comportamiento de los armónicos, por ahora los niveles son bastante pequeños pero en un futuro se pueden aumentar y será necesario filtrarlos.

En cuanto a la seguridad eléctrica:

En el edificio de Aguas se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. No destinar el cuarto de la subestación como bodega. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado.


MaterialInflamable

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TABLA DE CONTENIDO

1. DEFINICIONES............................................................................................................. 9 2. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................... 9 3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................. 10 4. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO....................................................................... 12 5. CÁLCULOS Y ANÁLISIS.......................................................................................... 13

5.1. DESVIACIONES DE LATENSION ESTACIONARIA..................................... 13 5.2 CORRIENTES ..................................................................................................... 16 5.3. POTENCIA ACTIVA REACTIVA Y APARENTE ........................................... 20 5.4 FACTOR DE POTENCIA ................................................................................... 25 5.5 ENERGÍA............................................................................................................. 28

5.5.1 ENERGÍA ACTIVA .................................................................................... 28 5.5.2 ENERGÍA REACTIVA ............................................................................... 29

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS ............................................................................... 30 5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS ............................................................................ 36 5.8 EVENTOS DE TENSIÓN ................................................................................... 40 5.9 DESBALANCE DE TENSIÓN ........................................................................... 42

6. NORMAS DE SEGURIDAD....................................................................................... 45 7. CONCLUSIONES........................................................................................................ 48 8. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 51

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 10 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 13 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 30

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas. ......................................................................... 11 Figura 2. Tensión Promedio Fase – Neutro......................................................................... 14 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 14 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 15 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 15 Figura 6. Distribución de probabilidad de tensión en el neutro............................................ 16 Figura 7. Corrientes promedio.............................................................................................. 17 Figura 8. Distribución de probabilidad, valores promedio para las corrientes en cada fase 18 Figura 9. Corrientes máximas (instantáneas) ....................................................................... 18 Figura 10. Corriente promedio por el neutro........................................................................ 19 Figura 11. Corrientes máximas en el neutro (instantáneas).................................................. 19 Figura 12. Valores promedio de la Potencia activa ............................................................. 21

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Figura 13. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 21 Figura 14. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 22 Figura 15. Potencia reactiva en la fase uno (F1), promedio. ................................................ 22 Figura 16. Potencia reactiva en la fase dos F2, (promedio). ............................................... 23 Figura 17. Potencia reactiva en la fase tres F3, (promedio). ............................................... 23 Figura 18. Valores promedio de la potencia aparente total .................................................. 24 Figura 19. Potencia aparente total máxima. ......................................................................... 24 Figura 20. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica ........................ 25 Figura 21. Factor de potencia en F1 ..................................................................................... 26 Figura 22. Factor de potencia en F2 ..................................................................................... 26 Figura 23. Factor de potencia en F3 .................................................................................... 27 Figura 24. Factor de potencia total. ...................................................................................... 27 Figura 25. Diagrama de energía activa durante el periodo de medición .............................. 28 Figura 26. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 30 Figura 27. Distorsión armónica total de la tensión (THDv).................................................. 31 Figura 28. Distribución de Probabilidad del THDv .............................................................. 32 Figura 29. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 (promedio) ........................... 32 Figura 30. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 (promedio) ........................... 33 Figura 31. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 (promedio) ........................... 33 Figura 32. Tensión armónica de orden 3 para la F1. ............................................................ 34 Figura 33. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2...................................................... 34 Figura 34. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3...................................................... 35 Figura 35. Tensión armónica de orden 5. ............................................................................. 35 Figura 36. Tensión armónica de orden 7. ............................................................................. 36 Figura 37. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 (promedio) ........................ 37 Figura 38. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 (promedio) ........................ 37 Figura 39. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 (promedio) ........................ 38 Figura 40. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 38 Figura 41. Corriente armónica de orden 5............................................................................ 39 Figura 42. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 39 Figura 43. Eventos de sobre tensión en F1 clasificados en la curva CBEMA .................... 40 Figura 44. Eventos de sobre tensión en F2 clasificados en la curva CBEMA .................... 41 Figura 45. Huecos de tensión (Dips) en las fases F1, F2 y F3. ........................................... 41 Figura 46. Tensión de secuencia cero................................................................................... 42 Figura 47. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 43 Figura 48. Tensión de secuencia negativa. ........................................................................... 43


V

!................................................................................................. 44

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1. DEFINICIONES



Factor de utilización (Fu): Factor que mide la cargabilidad de un transformador, un valor inferior a 1 indica que el sistema eléctrico está subdimensionado, se calcula según la


kVAFu

kVA"

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red





# RESOLUCIÓN CREG 107 - 2007 # RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 (www.creg.gov.co)# RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 # ESTÁNDAR IEEE 519

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Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 112,5 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.



ANALIZADOR


Fase I (F1) 1 5

Fase II (F2) 2 6

Fase III (F3) 3 7

Neutro 4 8


Periodo de medición:Inicio: Martes 31 de Octubre de 2006 a las 3:30 p.m. Parada: Mates 07 de Noviembre de 2006 a las 4:00 p.m.

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Figura 1. Fotos de la instalación del Topas.

F1

F2

F3

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# TRANSFORMADOR:


Tensión nominal primario: 13,2 kV Corriente nominal primario: 4,92 A

Tensión nominal secundario: 226 V – 130 VCorriente nominal secundario: 287,4 A

Tensión de corto circuito = 3,31% Corriente de corto circuito ISCT = 8,68 kA



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5. CÁLCULOS Y ANÁLISIS

5.1. DESVIACIONES DE LATENSION ESTACIONARIA






226 V 203,4V 248,6 V 130 V 117 V 143 V

En la Figura 2, se observan las tensiones promedio para las fases 1, 2 y 3. Los valores están dentro de los rangos establecidos por la resolución CREG 024 -2005.

En el periodo de medida existe una probabilidad del 100% de que el voltaje en las tres fases permanezca por encima de su límite inferior permitido, (117 V según la Tabla 2) y no se dio la probabilidad de que se supere su límite superior (143 V según la Tabla 2), véase Figura 3.


La tensión entre neutro y tierra permaneció por debajo de 0,2 V, Figura 5.

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Figura 2. Tensión Promedio Fase – Neutro.




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Figura 6. Distribución de probabilidad de tensión en el neutro.

5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 287,4 A.

En los periodos laborales (desde las 6:00 a.m. hasta las 8:00 p.m.), la mayor corriente promedio en la fase F2 fue 36,388 A, en la fase F1 fue 24,48 A y en la fase F3 fue 27,234 A.,Figura 7:


Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 5 A, 8,1 A y 7,4 A respectivamente. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 6,7 A, 11,4 A y 9,71A y una probabilidad de 10% de que sea superior a 17,93A, 26,12 A y 18,45 A, Figura 8. Por lo tanto, en condiciones normales de operación el edificio de Aguas tiene una cargabilidad baja.

En la Figura 9 se tienen las corrientes máximas instantáneas en las fases F1, F2 y F3. Aparecen unos picos máximos de 102,05 A (5 de noviembre de 2006 a las 9:40 a.m.) y 333,68 A (6 de noviembre de 2006 a las 9:50 a.m.), en la Fase 1.

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En los periodos laborales, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 21,076 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fue aproximadamente 5 A, Figura 10. La mayor corriente instantánea fue 83,705 A (7 de noviembre de 2006 a las 9:00 a.m.), Figura 11.

Figura 7. Corrientes promedio

OFICINAS LABORANDO

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Figura 8. Distribución de probabilidad, valores promedio para las corrientes en cada fase

Figura 9. Corrientes máximas (instantáneas)



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Figura 10. Corriente promedio por el neutro.

Figura 11. Corrientes máximas en el neutro (instantáneas)

OFICINAS LABORANDO

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5.3. POTENCIA ACTIVA REACTIVA Y APARENTE

En la Figura 12, se nota el consumo de potencia activa en las horas en que las oficinas y/o los laboratorios están funcionando, comenzando alrededor de las 6:00 a.m. hasta las 12:00 m. y desde las 2:00 p.m. hasta las 8:00 p.m., teniendo un consumo muy similar en la mañana y en la tarde.

Se tiene un consumo de hasta 4,3 kW en la fase 2, siendo ésta la más cargada.

La potencia activa trifásica tuvo alcanzó valor promedio de 9,3 kW, Figura 13.

En el periodo sin actividad laboral existió una demanda de potencia activa trifásica variando 1,68 kW y 2,385 kW.

Existe una probabilidad de 84,87% de que la potencia activa trifásica sea superior a 2,1 kW; una probabilidad de 39,31% de que sea superior a 3,38 kW y una probabilidad de 12,56% de que sea superior a 12,56 kW, Figura 14.

En la Figura 15, Figura 16 y Figura 17 se distingue la potencia reactiva promedio en cada una de las fases.

En la Figura 18, se muestra la potencia aparente trifásica total, con valores de hasta 9,742kVA obteniendo un factor de utilización de 21,64%.

La Figura 19, muestra la potencia total máxima con un valor pico de 47,585 kVA ocurrido el día 06 a las 9:50 a.m., el factor de utilización para este pico fue de 105,74%.

%64,21100*5,112

742,9%100*max """

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

Existe una probabilidad de 77,54% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 2,64 kVA y una probabilidad de 50,74% de que sea superior a 3,107 kVA. Existe una probabilidad de 9,39% de que la potencia aparente sea superior a 7,62 kVA, Figura 20

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Figura 12. Valores promedio de la Potencia activa


OFICINAS LABORANDO


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Figura 15. Potencia reactiva en la fase uno (F1), promedio.

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Suma

inductivo

capacitivo

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Figura 16. Potencia reactiva en la fase dos F2, (promedio).

Figura 17. Potencia reactiva en la fase tres F3, (promedio).

capacitivo

inductivo

capacitivo

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Figura 18. Valores promedio de la potencia aparente total

Figura 19. Potencia aparente total máxima.

OFICINAS LABORANDO

Suma

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Figura 20. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica


En la Figura 21, Figura 22 y Figura 23 aparece el comportamiento del factor de potencia en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. En la Figura 24 se muestra el factor de potencia total.




26/51

Figura 21. Factor de potencia en F1


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Figura 24. Factor de potencia total.

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5.5 ENERGÍA

5.5.1 ENERGÍA ACTIVA

En la Figura 25, aparece el diagrama de consumo de energía activa durante el periodo de medición, este consumo fue de 633,14 kWh.

Figura 25. Diagrama de energía activa durante el periodo de medición

El periodo de medición involucró dos recibos de cobro de la empresa de Energía, por lo cual se especifica el día, el consumo y el valor del kWh.

Fecha (2006) Tarifa kWh. Consumo kWh Valor Martes 31-Oct 183,31 37,632 $ 6 898,32

Miércoles 01-Nov 183,31 109,870 $ 20 140,27

Jueves 02-Nov 183,31 114,04 $ 20 904,67

Viernes 03-Nov 183,31 112,040 $ 20 538,05

Sábado 04-Nov 183,31 76,35 $ 13 937,98

Domingo 05-Nov 181,78 57,692 $ 10 487,25

Lunes-Fest. 06-Nov 181,78 53,091 $ 9 650,88

Martes 07-Nov 181,78 72,740 $ 13 222,68

Total periodo de medida 633,14 kWh $115 780,10


633,14 kW

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Para comparar el consumo de energía activa del edificio de Aguas respecto a la Universidad, sin incluir el consumo del Bloque L y el Vivero, se multiplica el valor del consumo durante el periodo de medición por cuatro (4), se supone que el comportamiento de la demanda es igual durante todas las semanas.

Consumo mensual aproximado 2 532,496 kWh

Tarifa $ 183,31/kWh

Valor aproximado mensual $ 464 232

Valor del pago de energía de la Universidad del 5 de Octubre al 4 de Noviembre De 2006 $ 41 498 355

5.5.2 ENERGÍA REACTIVA

En la Figura 26, se observa la energía reactiva en el punto de medida. En la fase uno (F1) y dos (F2) existe demanda de reactivos desde el secundario al sistema. La fase F3 tiene un comportamiento capacitivo.

La energía reactiva fue 35,720 kVArh, Figura 26.

Universidad 98,88%

Edificio Aguas 1,12%


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Las normas en Colombia, definen un máximo de distorsión armónica de tensión (THDV)en la frontera comercial entre el cliente y el Operador de Red (OR), esta frontera también se conoce como el punto de acople común (PCC). El punto donde se conecto el TOPAS 1000 no corresponde al PCC y por lo tanto no aplica la resolución CREG 024-2005



Niveles de tensión < 1 kV 5,0

2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

$" %&

En la Figura 27, aparecen los diagramas de distorsión armónica de tensión durante el periodo de medida. En los periodos laborales el THDv superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de tensión de orden 5 y 7, pero presentó una atenuación en su valor

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Suma 35,720 kVArh

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debido a cargas que generan corrientes armónicas de orden 3. En los periodos no laborales también se superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de tensión de orden 5 y 7.

La probabilidad de que el THDv, Figura 28, esté por encima de 5,0 es de 37,29%, 27,90% 24,33% para las fases 1, 2 y 3, respectivamente.

En la Figura 29, Figura 30 y Figura 31 se muestran los espectros de distorsión armónica promedio de tensión en cada fase. Los armónicos de tensión más representativos son los de orden 3, 5 y 7. El armónico de orden 5 tiene el mayor valor de tensión en las tres fases, es aproximadamente igual a 5,889 V, 5,379 V y 5,672 V para las fases F1, F2 y F3.


Periodos no laborales

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Figura 28. Distribución de Probabilidad del THDv

Figura 29. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 (promedio)

F1 = 37,29

F2 = 27,90

F3 = 24,33

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34/51

Figura 32. Tensión armónica de orden 3 para la F1.


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Figura 35. Tensión armónica de orden 5.


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En la Figura 37, Figura 38 y Figura 39, aparece el espectro de corriente para las fases F1, F2 y F3. El armónico de orden 3 es el más representativo, en la fase F2 (rojo) la corriente armónica tuvo el mayor valor promedio de 4,620 A, en la fase F3 (verde) de 2,242 A y en la fase F1 (azul) de 1,266 A.

En los periodos de actividad laboral, se incrementan los armónicos de orden 3 en las fases F1 y F2 hasta 2,49 y 4,62 A. La fase F3 tiene un flujo de corriente que tiene ligeros incrementos en comparación con los periodos no laborales llegando hasta 2,8 A. El armónico de orden 5 se incrementa en la fase F2 hasta 1,974 A, Figura 40, Figura 41 y Figura 42.

En los periodos sin actividad laboral, existe un flujo aproximadamente constante de las corrientes de orden 3 en las fases F2 y F3 con un valor aproximado de 2,1 y 2,3 A, Figura 40, Figura 41 y Figura 42.


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Figura 37. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 (promedio)


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La tensión nominal de las fases es 130 V, y los límites de tensión dados en la resolución CREG 024-2005 son 0,9 1,1N N NV V V' ' o sea que la tensión en las fases debe estar dentro

del rango de VVV 143130117 ''

Para el análisis de esta medición hecha con el analizador Topas 1000 se utiliza la clasificación de eventos de la curva CBEMA, en la cual en un sistema coordenado se traza el porcentaje de variación de la tensión nominal respecto a la duración del evento, los valores que están por fuera de la incumbente superior o los que estén por debajo de la incúmbete inferior son los que podrían ser más perjudiciales para los equipos electrónicos.

De acuerdo a la curva CBEMA se presentaron 123 590 eventos de sobre tensión que pueden afectar la operación o vida útil de los aparatos electrónicos, en la F1, Figura 43 y en la F2, Figura 44.

Sucedieron 6 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentó 1 dips fuera de la incumbente para cada fase F1, F2 y F3. Figura 45.

Figura 43. Eventos de sobre tensión en F1 clasificados en la curva CBEMA

Eventos que pueden afectar los equipos electrónicos.

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Figura 44. Eventos de sobre tensión en F2 clasificados en la curva CBEMA

Figura 45. Huecos de tensión (Dips) en las fases F1, F2 y F3.

Eventos que pueden afectar los equipos electrónicos

F1

F2

F3

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5.9 DESBALANCE DE TENSIÓN


la tensión de secuencia positiva ( )VV

! y debe permanecer por debajo del 2%.

Hubo tan solo un momento en el cual el desbalance superó el 2%, con un valor máximo de 2,35%, el cual ocurrió el 02 de Noviembre a las 8:50 p.m., Figura 49.

Figura 46. Tensión de secuencia cero.

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Figura 47. Tensión de secuencia positiva.

Figura 48. Tensión de secuencia negativa.

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V

!

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En el edificio de Aguas se incumplen las siguientes normas de seguridad:

Según el CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO NTC 2050 (Primera actualización), Capitulo 1, Sección 110. REQUISITOS PARA INSTALACIONES ELÉCTRICAS. B. Requisitos para instalaciones eléctricas.

110-16. Espacio alrededor de los equipos eléctricos (para 600 V nomínales o menos). Alrededor de todos los equipos eléctricos debe existir y se debe mantener un espacio de acceso y de trabajo suficiente que permita el funcionamiento y el mantenimiento fácil y seguro de dichos equipos. a) Espacio de trabajo. Excepto si se exige o se permite otra cosa en este código, la medida del espacio de trabajo para equipos que funcionen a 600 V nominales o menos a tierra y que pueden requerir examen, ajuste, servicio o mantenimiento mientras están energizados, debe cumplir con:

1) Profundidad del espacio de trabajo: la profundidad del espacio de trabajo en la dirección del acceso hacia las partes energizadas no debe ser inferior a la indicada en la Tabla 110-16.a). Las distancias se deben medir desde las partes energizadas, si están expuestas, o desde el frente de el encerramiento o abertura, si están encerrados

b) Espacios libres. El espacio de trabajo requerido por este artículo no se debe utilizar para almacenamiento. Cuando se expongan las partes energizadas normalmente cerradas para su inspección o servicio, el espacio de trabajo en un pasillo o espacio general debe estar debidamente protegido.



2) Mediante muros adecuados, sólidos y permanentes o pantallas dispuestas de modo que al espacio cercano a las partes energizadas sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o estar situada de

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modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.



Además:




“En inmuebles de más de tres pisos, las tuberías eléctricas no metálicas flexibles deben ir ocultas dentro de cielo rasos, pisos, muros o techos, siempre y cuando los materiales constructivos usados tengan una resistencia al fuego de mínimo 15 minutos. No se acepta el uso de tubería eléctrica de PVC, de otros materiales inflamables o que produzcan gases tóxicos con el aumento de temperatura, para instalaciones a la vista”…

SeguridadIndustrial

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MaterialInflamable

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7. CONCLUSIONES


La tensión en las fases permaneció dentro de los valores establecidos por la reglamentación vigente, o sea que estuvo en el intervalo entre el 90% VN y el 110% VN.

La tensión entre las fases y el neutro permaneció por debajo de 0,2 V.

CORRIENTE:

En condiciones normales de operación, la corriente en las tres fases es inferior al valor nominal de 287,4 A.

En los periodos laborales (desde las 6:00 a.m. hasta las 8:00 p.m.), la mayor corriente promedio en la fase F2 fue 36,388 A, en la fase F1 fue 24,48 A y en la fase F3 fue 27,234 A. La fase F2 está más cargada que las otras fases, pero en general, el sistema eléctrico del edificio de Aguas puede soportar un crecimiento de la carga.


En la fase F1 se presentaron dos corrientes instantáneas con valores de 102,05 A y 333,68 A.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en la fase F1, F2 y F3 sea superior a 5 A, 8,1 A y 7,4 A respectivamente. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 6,7 A, 11,4 A y 9,71A y una probabilidad de 10% de que sea superior a 17,93A, 26,12 A y 18,45 A.

En los periodos laborales, el mayor valor promedio de la corriente en el neutro fue de 21,076 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fue aproximadamente 5 A. La mayor corriente instantánea fue 83,705 A.

POTENCIAS:

La fase F2 presentó la mayor demanda de potencia activa 4,3 kW. La potencia activa trifásica tuvo alcanzó valor promedio de 9,3 kW. En el periodo sin actividad laboral existió una demanda de potencia activa trifásica

variando 1,68 kW y 2,385 kW. Existe una probabilidad de 84,87% de que la potencia activa trifásica sea superior a

2,1 kW; una probabilidad de 39,31% de que sea superior a 3,38 kW y una probabilidad de 12,56% de que sea superior a 12,56 kW.

El mayor valor promedio para la potencia aparente trifásica total fue de 9,742 kVA, obteniendo un factor de utilización de 21,64%, donde la potencia nominal del transformador es 112,5 kVA.

El mayor valor instantáneo para la potencia aparente trifásica total fue de 47,585 kVA, obteniendo un factor de utilización de 105,74 %.

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Existe una probabilidad de 77,54% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 2,64 kVA y una probabilidad de 50,74% de que sea superior a 3,107 kVA. Existe una probabilidad de 9,39% de que la potencia aparente sea superior a 7,62 kVA.

FACTOR DE POTENCIA




ENERGÍA

Durante el periodo de medición el consumo de energía activa fue de 633,14 kWh., suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes se obtiene 2 532,496 kWh. Respecto a la Universidad, el edificio de Aguas representa el 1,12% del consumo de energía.

El consumo de energía reactiva fue 35,720 kVArh


En los periodos laborales el THDv superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de tensión de orden 5 y 7, pero presentó una atenuación en su valor debido a cargas que generan corrientes armónicas de orden 3. En los periodos no laborales también se superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de tensión de orden 5 y 7.

Los armónicos de tensión más representativos son los de orden 3, 5 y 7. El armónico de orden 5 tiene el mayor de tensión en las tres fases, es aproximadamente igual a 5,889 V, 5,379 V y 5,672 V para las fases F1, F2 y F3.


El armónico de orden 3 es el más representativo, en la fase F2 la corriente armónica tuvo el mayor valor promedio de 4,620 A, en la fase F3 de 2,242 A y en la fase F1 de 1,266 A.

En los periodos de actividad laboral, se incrementan los armónicos de orden 3 en las fases F1 y F2 hasta 2,49 y 4,62 A. La fase F3 tiene un flujo de corriente que tiene ligeros incrementos en comparación con los periodos no laborales llegando hasta 2,8 A. El armónico de orden 5 se incrementa en la fase F2 hasta 1,974 A.

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En los periodos sin actividad laboral, existe un flujo aproximadamente constante de las corrientes de orden 3 en las fases F2 y F3 con un valor aproximado de 2,1 y 2,3 A.

EVENTOS DE TENSIÓN

En las fases F1 y F2 se presentaron 123 590 eventos de sobre tensión (incluyendo los eventos de corta y de larga duración), los cuales pueden afectar la operación o vida útil de los aparatos electrónicos. Sus causas pueden ser de distintos tipos: condiciones de falla, energización de cargas, conexiones inestables en los conductores. Es necesario realizar una inspección del estado de la red eléctrica del edificio de Aguas y del tipo de cargas conectadas al mismo, es posible que se deban utilizar reguladores de tensión para la protección de los equipos electrónicos sensibles.

DESBALANCE DE TENSIÓN

En la mayor parte del periodo de medida, las tensiones estuvieron balanceadas y su asimetría fue inferior al 2%, cuyo valor fue establecido por la reglamentación vigente.

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8. RECOMENDACIONES

En cuanto a la calidad de la energía:


Para el crecimiento de la carga se debe tener en cuenta que en estos momentos la fase F2 está más cargada que las otras dos.

Se debe seguir monitoreando el comportamiento de los armónicos, por ahora los niveles son bastante pequeños pero en un futuro se pueden aumentar y será necesario filtrarlos.

En cuanto a la seguridad eléctrica:

En el edificio de Aguas se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. No destinar el cuarto de la subestación como bodega. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado.



DE 225 KVA, EN EL EDIFICIO BELLAS ARTES



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 15 DE FEBRERO HASTA 22 DE FEBRERO DE 2007




04 de mayo de 2007

PEREIRA

EDIFICIO DE BELLAS ARTES

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Bellas Artes en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el jueves 15 de Febrero de 2007 a las 4:30 p.m. y finalizó a las 4:30 p.m. del 22 de febrero de 2007.





El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Bellas Artes.






La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 135,40 V, 134,63V y 136,13 V, respectivamente.

La tensión entre neutro y tierra permaneció debajo de 0,2 V. La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del

0,099%.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 607,027 A y en los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 105,23 A, 90,653 A y 109,49 A, respectivamente. En los periodos de receso, la corriente en las fases F1, F2 y F3 no tuvo valores constantes.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 27,277 A, 22,817 A y 35,2171 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 41,647 A, 40,728 A y 46,469 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 79,076A, 76,32 A y 77 A.


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En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 55,752 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro presentó valores constantes de 8 A, 9 A, y 10 A.

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 151,84 A

POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica la mayor demanda de potencia activa ocurrió en la fase F2 llegando a valores de 9,648 kW. En los periodos de receso, la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores entre 3 y 5 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 35,576 kW y en el periodo de receso la potencia activa varió entre 5 y 10 kW.


La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 3,090 kVAr en la fase F2. La fase F1 tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 1,469 kVAr y en algunos momentos se presentó un comportamiento capacitivo con valores de hasta -660,66 VAr, la F3 tuvo comportamiento inductivo con valor extremo de 1,055 kVAr y un valor constante capacitivo de -2,330 kVAr.



Existe una probabilidad de 30,357% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 21,384 kVA.

El máximo valor instantáneo de la potencia aparente trifásica fue de 97,793 kVA, el cual ocurrió el 20 de febrero a las 5:10 p.m. con un factor de utilización del transformador de 44,54%.


FACTOR DE POTENCIA:

En los periodos de actividad académica el factor de potencia en la fase F2 descendió hasta 0,041 en atraso y a 0,4439 en adelanto; en las fases F1 y F3 el factor de potencia tuvo picos de 0,444 en adelanto y 0,637 en adelanto y picos de -0,466 en atraso y -0,6365 en atraso, respectivamente


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En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso. En los periodos de receso, el factor de potencia total llegó hasta 0,694 en adelanto.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 2,491 MWh. El consumo de energía reactiva fue -141,34 kVArh.


Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F3 se tuvo el mayor valor extremo de 8,650% el día 18 de febrero a las 00:50 p.m.; además, en el intervalo de tiempo desde las 9:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en cada una de las fases.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 27,877%, 24,504%, 33,433% en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

En el sistema eléctrico están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,764 V, 5,603 V y 6,648 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de la Distorsión Armónica Total con valores extremos de 8,882 V, 8,436 V y 10,883 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7 y en la siguiente tabla se especifican sus magnitudes.


F1 7,2256 A 3,9236 A 1,6437 A

F2 4,6804A 7,3828 A 3,.2503 A

F3 6,2316 A 11,223 A 4,1631, A


La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 7,867 A, 14,363 A y 23,647 A, en la fase F1, F2 y F3, respectivamente. En los periodos de receso la corriente armónica de orden 5 fluctuó entre 600 mA y 3,5 A.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 3,673 A, 5,594 A y 8,597 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


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No hubo eventos.


No se superó el límite del 2%.

RECOMENDACIONES



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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 2 1. DEFINICIONES............................................................................................................. 8 2. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................... 8 3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................... 9 4 DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO ................................................................... 11 5 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ......................................................... 12




6 CONCLUSIONES........................................................................................................ 43 7 RECOMENDACIONES .............................................................................................. 45

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............... 9 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 12 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 29 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 35

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas .......................................................................... 10 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 13 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 13 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 14 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 14 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 15 Figura 7. Corrientes promedio en las fases .......................................................................... 16 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 16 Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 17 Figura 10. Corriente máxima por la fase F1......................................................................... 17 Figura 11. Corriente máxima por la fase F2......................................................................... 18 Figura 12. Corriente máxima por la fase F3......................................................................... 18 Figura 13. Corriente promedio en el neutro ......................................................................... 19 Figura 14. Corriente máxima en el neutro............................................................................ 19


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Figura 15. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 21 Figura 16. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 21 Figura 17. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 22 Figura 18. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 22 Figura 19. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 23 Figura 20. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 23 Figura 21. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 24 Figura 22. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)......... 24 Figura 23. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 25 Figura 24. Factor de potencia F1.......................................................................................... 26 Figura 25. Factor de potencia F2.......................................................................................... 26 Figura 26. Factor de potencia F3.......................................................................................... 27 Figura 27. Factor de potencia total ....................................................................................... 27 Figura 28. Energía activa...................................................................................................... 28Figura 29. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 29 Figura 30. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 30 Figura 31. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 31 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 31 Figura 33. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 32 Figura 34. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 32 Figura 35. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1...................................................... 33 Figura 36. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2...................................................... 33 Figura 37. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3...................................................... 34 Figura 38. Tensión armónica de orden 5 .......................................................................... 34 Figura 39 Tensión armónica de orden 7 ............................................................................... 35 Figura 40. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 36 Figura 41. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 36 Figura 42. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 37 Figura 43. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 37 Figura 44. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................. 38 Figura 45. Corriente armónica de orden 5 en F2.................................................................. 38 Figura 46. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................. 39 Figura 47. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 39 Figura 48. Tensión de secuencia cero................................................................................... 40 Figura 49. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 41 Figura 50. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 41


V

!

".................................................................................................. 42


8/45

1. DEFINICIONES





kVAFu

kVA#

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red








9/45





ANALIZADOR


Fase I (F1=R) 1 5

Fase II (F2=S) 2 6

Fase III(F3=T) 3 7

Neutro 4 8


Periodo de medición:Inicio: Jueves 15 de Febrero de 2007 a las 4:30 p.m. Parada: Jueves 22 de Febrero de 2007 a las 4:30 p.m.


F1=R F2=S F3=T


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F1

F3F2

Conexión Neutro - Tierra.

F2F1

F3


11/45


TRANSFORMADOR:







12/45








214 V 192,6V 235,4 V 123 V 110,7 V 135,3 V


La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005). Figura 2.

Existe una probabilidad del 90,147% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 123,67 V, 124,78 V y 123,17 V, respectivamente. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 135,40 V, 134,63V y 136,13 V, respectivamente. Figura 4

La tensión entre neutro y tierra permaneció la mayor parte del tiempo por encima de 0,2 V. Figura 5.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 0,099%. Figura 6


13/45



F1 F2 F3


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F1 F2 F3


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 607,027 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 105,23 A, 90,653 A y 109,49 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1, F2 y F3 no tuvo valores constantes. Figura 7.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 27,277 A, 22,817 A y 35,2171 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 41,647 A, 40,728 A y 46,469 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 79,076A, 76,32 A y 77 A. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 218,74 A, 321,30 A y 300,01 A, respectivamente, Figura 9, Figura 10, Figura 11 y Figura 12.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 55,752 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro presentó valores constantes de 8 A, 9 A, y 10 A. Figura 13

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 151,84 A. Figura 14


16/45




F1 F2 F3

F1 F2 F3


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18/45




19/45





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En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.) la mayor demanda de potencia activa ocurrió en la fase F2 (amarilla) llegando a valores de 9,648 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores entre 3 y 5 kW. Figura 15.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 35,576 kW y en el periodo de receso, la potencia activa varió entre 5 y 10 kW, Figura 16.

Existe una probabilidad de 90,377% de que la potencia activa trifásica sea superior a 4,974 kW; una probabilidad de 60,116% de que sea superior a 9,496 kW y una probabilidad de 20,478% de que sea superior a 23,478 kW, Figura 17.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 3,090 kVAr en la fase F2 (amarilla). La fase F1 (azul) tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 1,469 kVAr y en algunos momentos se presentó un comportamiento capacitivo con valores de hasta -660,66 VAr, la F3 tuvo comportamiento inductivo con valor extremo de 1,055 kVAr y un valor constante capacitivo de -2,330 kVAr, Figura 18.

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta 36,236 kVA dando un factor de utilización de 16,10%, Figura 19.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente trifásica fue de 97,793 kVA con un factor de utilización de 43,46%. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo aproximadamente en 10 kVA con un factor de utilización de 4,44%, Figura 21.

%46,43100*225

793,97%100*max ###

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

Existe una probabilidad de 30,357% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 21,384 kVA. Figura 20.

Existe una probabilidad de 71,429% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 14,064 kVA y una probabilidad de 20,437% de que sea superior a 86,199 kVA. Figura 22.


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F1 F2 F3


23/45





24/45




25/45


Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. En los periodos de actividad académica el factor de potencia en la fase F2 descendió hasta 0,041 en atraso y a 0,4439 en adelanto; en las fases F1 y F3 el factor de potencia tuvo picos de 0,444 en adelanto y 0,637 en adelanto y picos de -0,466 en atraso y -0,6365 en atraso, respectivamente, Figura 23, Figura 24, Figura 25, Figura 26.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso. En los periodos de receso, el factor de potencia total llegó hasta 0,694 en adelanto, Figura 27


F1 F2 F3


26/45




27/45




28/45

5.5 ENERGÍA




F1F2F3SUMA


29/45


El consumo de energía reactiva fue -141,34 kVArh, Figura 29.







2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

$# %&

F1F2F3SUMA


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Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F3 se tuvo el mayor valor extremo de 8,650% el día 18 de febrero a las 00:50 p.m.; además, en el intervalo de tiempo desde las 9:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en cada una de las fases. Figura 30


En el sistema eléctrico están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,764 V, 5,603 V y 6,648 V, respectivamente, Figura 32, Figura 33 y Figura 34.

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de la Distorsión Armónica Total con valores extremos de 8,882 V, 8,436 V y 10,883 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 38.



31/45



F1 F2 F3


32/45




33/45




34/45





35/45



En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7, Figura 40, Figura 41 y Figura 42. En la Tabla 4 se especifican sus magnitudes.



F1 7,2256 A 3,9236 A 1,6437 A

F2 4,6804A 7,3828 A 3,2503 A

F3 6,2316 A 11,223 A 4,1631, A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 16,682 A en la fase F1, 11,629 A en la fase F2 y 13,365 A en la fase F3. Figura 43

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 7,867A, 14,363 A y 23,647 A, en la fase F1 (Figura 44), F2 (Figura 45) y F3 (Figura 46), respectivamente. En los periodos de receso la corriente armónica de orden 5 fluctuó entre 600 mA y 3,5 A.



36/45

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 3,673 A, 5,594 A y 8,597 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 47.




37/45


Figura 43. Corriente armónica de orden 3 ACTIVIDAD ACADEMICA


38/45




39/45



F1 F2 F3


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En Colombia, con la resolución CREG 024 – 2005 se realiza una clasificación de los eventos de tensión que afectan la calidad de la potencia, pero no se definen los valores aceptables o tolerables ni la forma de compensarlos en caso de que existan. En este caso, el edificio de Bellas Artes no tuvo eventos.



negativa y la tensión de secuencia positiva ' (VV

!

" este debe permanecer por debajo

del 2%. No hubo momentos en los cuales el desbalance haya superado el límite de 2%. Figura 51.



41/45




42/45


V

!

"


43/45

6 CONCLUSIONES





La tensión entre neutro y tierra permaneció debajo de 0,2 V. La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es

del 0,099%.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 607,027 A y en los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 105,23 A, 90,653 A y 109,49 A, respectivamente. En los periodos de receso, la corriente en las fases F1, F2 y F3 no tuvo valores constantes.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 27,277 A, 22,817 A y 35,2171 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 41,647 A, 40,728 A y 46,469 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 79,076A, 76,32 A y 77 A.


En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 55,752 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro presentó valores constantes de 8 A, 9 A, y 10 A.

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 151,84 A

POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica la mayor demanda de potencia activa ocurrió en la fase F2 llegando a valores de 9,648 kW. En los periodos de receso, la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores entre 3 y 5 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 35,576 kW y en el periodo de receso la potencia activa varió entre 5 y 10 kW.


La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 3,090 kVAr en la fase F2. La fase F1 tuvo un comportamiento inductivo con


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valores extremos de 1,469 kVAr y en algunos momentos se presentó un comportamiento capacitivo con valores de hasta -660,66 VAr, la F3 tuvo comportamiento inductivo con valor extremo de 1,055 kVAr y un valor constante capacitivo de -2,330 kVAr.



Existe una probabilidad de 30,357% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 21,384 kVA.

El máximo valor instantáneo de la potencia aparente trifásica fue de 97,793 kVA, el cual ocurrió el 20 de febrero a las 5:10 p.m. con un factor de utilización del transformador de 44,54%.


FACTOR DE POTENCIA:

En los periodos de actividad académica el factor de potencia en la fase F2 descendió hasta 0,041 en atraso y a 0,4439 en adelanto; en las fases F1 y F3 el factor de potencia tuvo picos de 0,444 en adelanto y 0,637 en adelanto y picos de -0,466 en atraso y -0,6365 en atraso, respectivamente

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso. En los periodos de receso, el factor de potencia total llegó hasta 0,694 en adelanto.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 2,491 MWh. El consumo de energía reactiva fue -141,34 kVArh.


Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F3 se tuvo el mayor valor extremo de 8,650% el día 18 de febrero a las 00:50 p.m.; además, en el intervalo de tiempo desde las 9:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en cada una de las fases.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 27,877%, 24,504%, 33,433% en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

En el sistema eléctrico están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,764 V, 5,603 V y 6,648 V, respectivamente.


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La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de la Distorsión Armónica Total con valores extremos de 8,882 V, 8,436 V y 10,883 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7 y en la siguiente tabla se especifican sus magnitudes.


F1 7,2256 A 3,9236 A 1,6437 A

F2 4,6804A 7,3828 A 3,.2503 A

F3 6,2316 A 11,223 A 4,1631, A


La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 7,867 A, 14,363 A y 23,647 A, en la fase F1, F2 y F3, respectivamente. En los periodos de receso la corriente armónica de orden 5 fluctuó entre 600 mA y 3,5 A.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 3,673 A, 5,594 A y 8,597 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


No hubo eventos.


No se superó el límite del 2%.

7 RECOMENDACIONES


ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADOR DE 112,5 KVA, EN EL EDIFICIO DE BIBLIOTECA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA


TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 25 DE SEPTIEMBRE DE 2006 HASTA 2 DE OCTUBRE DE 2006.

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ DAYANA PELAEZ Estudiantes encargados del proyecto ING. CARLOS ALBERTO RÍOS PORRAS MATRÍCULA RS205 36147 Director proyecto.

04 de mayo de 2007

PEREIRA 2007

BIBLIOTECA JORGE ROA MARTINEZ

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de la Biblioteca JORGE ROA MARTÍNEZ de la Universidad Tecnológica De Pereira, durante el periodo de medición que empezó a las 16:30 h, del 25 de septiembre de 2006 y finalizó a las 17:00 h del 2 de octubre de 2006.



Tensión primario: 13,2 kV Corriente primario: 4,92A

Tensión secundario: 226/130 V Corriente secundario: 287,39 A

Tensión de corto circuito: 3,31% Corriente de corto circuito ISCT: 8,68 kA

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Biblioteca.




La mayor parte del periodo de medición, la tensión en las tres fases permaneció dentro del intervalo del 90% (117 V) y el 110% (143 V) de la tensión nominal; sin embargo, las tensiones registradas tienen la tendencia de permanecer cerca del límite inferior. En los periodos laborales entre las 6:00 p.m. y las 8:00 p.m., la tensión en la fase F1 se alcanzaron valores de 113,54 V.


La tensión entre el neutro y la tierra estuvo por encima de 0,139 V y llegó a valores de 0,787 V.

CORRIENTES

La corriente nominal del transformador en cada una de sus fases es de 287,39 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 103,64 A, 109,47 A y 85,64 A, respectivamente. Por lo tanto, el transformador está en capacidad de soportar las corrientes eléctricas del edificio de Biblioteca.


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La probabilidad de que la corriente en la Fase 1 (azul) sea superior a 23,75 A es de 80%, superior a 80,11 A es de 30% y superior a1 93,72 A es de 10%, en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que la corriente sea superior a 30,35 A es de 80%, superior a 79,47 A es de 30% y superior a1 89,47 A es de 10% y en la Fase 3 (verde), probabilidad de que la corriente sea superior a 11,84 A es de 80%, superior a 52,89 A es de 30% y superior a1 64,59 A es de 10%.

Las corrientes máximas instantáneas registradas en las fases F1, F2 y F3 fueron:

Corrientes Máximas I(A) F1 144,95 F2 153,44 F3 98,542

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 21,985 A. En los periodos de receso, el menor valor de la corriente en el neutro fue de 3,118 A


Distribución de probabilidad para las corrientes en las fases



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POTENCIAS

Los máximos valores alcanzados para los distintos tipos de potencia fueron:

La probabilidad de que la potencia activa en la Fase 1 sea superior a 1,761 kW es de 80%, superior a 9,085 kW es de 30% y superior a 10,697 kW es de 10%; en la Fase 2, la probabilidad de que la potencia activa sea superior a 9,978 kW es de 80%, superior a 9,760 kW es de 30% y superior a 10,899 kW es de 10% y en la Fase 3, probabilidad de que la potencia activa sea superior a 8,870 kW es de 80%, superior a 5,994 kW es de 30% y superior a 7,203W es de 10%.

La probabilidad de que la potencia aparente en la Fase 1 sea superior a 3,169 kVA es de 80%, superior a 9,860 kVA es de 30% y superior a1 11,254 kVA es de 10%; en la Fase 2, la probabilidad de que la potencia aparente superior a 4,145 kVA es de 80%, superior a 9,930 kVA es de 30% y superior a1 10,975 kVA es de 10% y en la Fase 3, probabilidad de que la potencia aparente sea superior a 1,636 kVA es de 80%, superior a 6,581 kVA es de 30% y superior a1 7,831 kVA es de 10%.

La probabilidad de que la aparente trifásica sea superior a 8,560 kVA es de 80%, superior a 26,441 kVA es de 30% y superior a 29,414 kVA es de 10%.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente total (trifásica) fue 34,533 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador fue 30,69%. Para la máxima potencia aparente trifásica, 43,672 kVA, el factor de utilización fue 38,28%.

POTENCIA FASE TOTAL (TRIFÁSICA)

ACTIVA (kW) 13,098 kW (F2) 32,66 kW

REACTIVA (kVAr) 4,872 kVAr (F1) 8,966 kVAr

APARENTE (kVA) 13,154 kVA (F2) 34,533 kVA


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Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica

FACTOR DE POTENCIA

Las fases F1 y F3 tuvieron un comportamiento inductivo durante todo el periodo de medición y entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., el factor de potencia en la Fase F3 presentó un comportamiento muy malo llegando a valores de 0,218 en atraso. Este comportamiento es debido a las lámparas de balasto magnético (bobinas). En la fase F2 el factor de potencia tuvo un buen comportamiento y su valor estuvo cerca de 0,97 en atraso.

Entre las 6:00 a.m. y las 6:30 p.m. (periodo diurno), el factor de potencia total fue aproximadamente igual a 0,95 en atraso; entre las 6:30 p.m. y las 6:00 a.m. (periodo nocturno) el factor de potencia total descendió hasta 0,66 en atraso.

ENERGÍA


En la gráfica se muestra el consumo de energía activa de la universidad desde el 6 de septiembre al 4 de octubre, el cual fue de 194,700 MWh en comparación con el consumo de la biblioteca, el cual fue de 11,268 MWh.

El costo mensual de la energía consumida en la

E.UTP 95%

E.BIBLIOTECA 5%



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Universidad (sin incluir el Vivero ni el Bloque L) fue $35 957 196. Suponiendo que el comportamiento de la carga de la Biblioteca es constante en cada semana, el costo mensual de la energía consumida en la Biblioteca sería $2 081 052.



La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 50% para la fase 1, 28,14% para la fase 2, 40% para la fase 3.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. El armónico de orden 5 tuvo la mayor magnitud, en las fases F1, F2 y F3 su valor fue 6,191 V, 5,628 V y 6,157 V, respectivamente.


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), las corrientes armónicas se incrementaron para los siguientes órdenes:

- Orden 3, hasta 12,058 A, 6,7494 A y 14,819 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

- Orden 5, hasta 8,028 A, 5,631 A y 9,873 A, para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.): - Orden 3 en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de

3,478 A, 0,899 A y 12,058 A, respectivamente. - Orden 5, hasta 7,017 A, 4,093 A y 5,606 A para las fases F1, F2 y F3,

respectivamente.

EVENTOS DE TENSIÓN

Ocurrieron 145 560 sobre tensiones en las fases.

Orden armónicoFases

3 5 7

F1 6,086 A 4,893 A 1,282 A

F2 3,071 A 2,312 A 0,819 A F3 8,313 A 5,276 A 1,817 A


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Sucedieron 13 huecos de tensión (dips) y de ellos se presentó 1 dips fuera de la incumbente para la fase F1.


En la mayoría del periodo de medida se cumplió con el límite de 2% establecido en la regulación.

RECOMENDACIONES:

Redistribuir mejor las cargas conectadas en las fases F1, F2 y F3, la fase F3 está muy descargada comparada con las otras dos.

Controlar el contenido de armónico de las corrientes empleando lámparas de balasto electrónico con control de armónicos, o ubicando filtros para las componentes armónicas de orden 3, 5 y 7.

Revisar las conexiones y el estado de los conductores del sistema eléctrico del edificio de Biblioteca, las malas conexiones son una de las principales causas de los eventos de tensión.

Puede ser necesario el empleo de reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de tensión.


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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................... 2 1 DEFINICIONES .................................................................................................... 10 2 RESOLUCIONES Y NORMAS............................................................................ 10 3 CONEXIÓN DEL ANALIZADOR....................................................................... 11 4 DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO................................................................. 12 5 REGISTRO DE VARIALES ELECTRICAS........................................................ 13

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA .......................... 13 5.2 CORRIENTES .......................................................................................... 18 5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE............................. 23 5.4 FACTOR DE POTENCIA ....................................................................... 31 5.5 ENERGÍA .................................................................................................. 33

5.5.1 ENERGÍA ACTIVA ......................................................................... 33 5.5.2 ENERGÍA REACTIVA.................................................................... 33

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS.................................................................... 34 5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS ................................................................ 38 5.8 EVENTOS DE TENSIÓN:....................................................................... 42 5.9 DESBALANCES DE TENSIÓN.............................................................. 42

6 CONCLUSIONES................................................................................................ 45 7 RECOMENDACIONES...................................................................................... 49

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador ... 11 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 .............................................. 13 Tabla 3. Potencias máximas ..................................................................................... 24 Tabla 4. Límite de distorsión armónica total de tensión según IEEE 519 .......... 34

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Tensión Fase 1 – Neutro. .......................................................................... 13 Figura 2. Tensión Fase 2 – Neutro. .......................................................................... 14 Figura 3. Tensión Fase 3 – Neutro. .......................................................................... 14 Figura 4. Tensión F1 – F2......................................................................................... 15 Figura 5. Tensión F2 – F3......................................................................................... 15 Figura 6. Tensión F3 – F1......................................................................................... 16 Figura 7. Voltaje en el neutro .................................................................................. 16 Figura 8.Voltaje máximo de las tres fases............................................................... 17 Figura 9.Probabilidad de las tensiones. .................................................................. 17 Figura 10. Corriente promedio en F1...................................................................... 18 Figura 11. Corriente promedio en F2...................................................................... 19 Figura 12. Corriente promedio en F3...................................................................... 19


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Figura 13. Corriente máxima en F1 ...................................................................... 20 Figura 14. Corriente máxima en F2 ...................................................................... 20 Figura 15. Corriente máxima en F3 ...................................................................... 21 Figura 16. Probabilidad de corrientes..................................................................... 21 Figura 17. Corriente promedio en el neutro. ............................................................... 22 Figura 18. Corriente máxima en el neutro. ................................................................. 22 Figura 19. Potencia activa promedio en F1 ............................................................ 24 Figura 20. Potencia activa promedio en F2 ............................................................ 25 Figura 21. Potencia activa promedio en F3 .......................................................... 25 Figura 22. Potencia activa promedio total ............................................................. 26 Figura 23. Potencia reactiva promedio en F1 ......................................................... 26 Figura 24. Potencia reactiva promedio en F2 ........................................................ 27 Figura 25. Potencia reactiva promedio en F3 ......................................................... 27 Figura 26. Potencia reactiva promedio total ......................................................... 28 Figura 27. Potencia aparente de las tres fases (promedio ) ................................... 28 Figura 28. Potencia aparente total máxima. ........................................................... 29 Figura 29. Probabilidad de la potencia activa ........................................................ 29 Figura 30. Probabilidad de potencia reactiva ........................................................ 30 Figura 31. Probabilidad de potencia aparente por fase ........................................ 30 Figura 32. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica............... 31 Figura 33. Factor de potencia de las tres fases ....................................................... 32 Figura 34. Factor de potencia total.......................................................................... 32 Figura 35. Diagrama de energía activa durante el periodo de medición ............. 33 Figura 36. Diagrama de energía reactiva durante el periodo de medición.......... 34 Figura 37. Distorsión armónica de tensión (THDv) ............................................... 35 Figura 38. Probabilidad del THD F1. ..................................................................... 35 Figura 39. Probabilidad del THD F2. ..................................................................... 36 Figura 40. Probabilidad del THD F3. ..................................................................... 36 Figura 41. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 (promedio) .......... 37 Figura 42. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 (promedio) .......... 37 Figura 43. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 (promedio) .......... 38 Figura 44. Espectro armónico de corriente en F1 (promedio)............................. 39 Figura 45. Espectro armónico de corriente en F2 (promedio).............................. 39 Figura 46. Espectro armónico de corriente en F3 (promedio)............................. 40 Figura 47. Corriente armónica de orden 3 (valores promedio en las tres fases)......... 40 Figura 48. Corriente armónica de orden 5 (valores promedio en las tres fases)......... 41 Figura 49. Corriente armónica de orden 7 (valores promedio en las tres fases)......... 41 Figura 50. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA ............................... 42 Figura 51. Tensión de secuencia cero ......................................................................... 43 Figura 52. Tensión de secuencia positiva ................................................................... 43 Figura 53. Tensión de secuencia negativa................................................................... 44


V

!........................................................................................ 44


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1 DEFINICIONES



FACTOR DE UTILIZACIÓN: Factor que mide la cargabilidad de un transformador, un valor inferior a 1 indica que el sistema eléctrico está

subdimensionado, se calcula según la ecuación: max *100%nom

kVAFu

kVA"

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red





2 RESOLUCIONES Y NORMAS

# RESOLUCIÓN CREG 107 – 2007 (www.creg.gov.co)# RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 # RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 # ESTÁNDAR IEEE 519


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3 CONEXIÓN DEL ANALIZADOR

Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 112,5 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador. En las siguientes fotos aparece la ubicación de las fases y la subestación de 112,5 KVA



ANALIZADOR

Tensión Corriente

Fase I (F1 = R) 1 5Fase II (F2 = S) 2 6

Fase III (F3 = T) 3 7

Neutro 4 8


A continuación se muestra una foto de cómo se encuentran ubicadas las fases.

F1=R F2=S F3=T


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La subestación y el topas

Periodo de medición: Comenzó: 16:30 h. 25 de Septiembre de 2006. Parada: 17:00 h. 2 de Octubre de 2006.


TRANSFORMADOR



Tensión secundario: 226/130 V Corriente secundario: 287,39 A

Tensión de corto circuito: 3,31% Corriente de corto circuito ISCT:8,68 kA




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5 REGISTRO DE VARIALES ELECTRICAS

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA


Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 TENSIÓN NOMINAL

(VN)LÍMITE INFERIOR

(90%VN)LÍMITE SUPERIOR

(110%VN)226 203,4 248,6 130 117 143

La mayor parte del periodo de medición, la tensión en las tres fases permaneció dentro del intervalo del 90% (117 V) y el 110% (143 V) de la tensión nominal; sin embargo, las tensiones registradas tienen la tendencia de permanecer cerca del límite inferior. En los periodos laborales entre las 6:00 p.m. y las 8:00 p.m., la tensión en la fase F1 se alcanzaron valores de 113,54 V. Figura 1, Figura 2 y Figura 3.

La tensión entre el neutro y la tierra estuvo por encima de 0,139 V y llegó a valores de 0,787 V. Figura 7.

Figura 1. Tensión Fase 1 – Neutro.


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Las tensiones entre las F1-F2 en la Figura 4 y F3-F1 en la Figura 6 no están dentro de los rangos de la resolución CREG 024 – 2005.

Según la Figura 9, la probabilidad de que el voltaje en la Fase 1 (azul) sea superior a 118,48 V es de 80%, superior a 125,51 V es de 30% y superior a 128,06 V es de 10%, en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que el voltaje sea superior a 121,49 V es de 80%, superior a 127,59 V es de 30% y superior a 129,64 V es de 10% y en la Fase 3 (verde), probabilidad de que el voltaje sea superior a 121,49 V es de 80%, superior a 126,98 V es de 30% y superior a 129,25 V es de 10%.

Figura 4. Tensión F1 – F2



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Figura 7. Voltaje en el neutro


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Figura 8.Voltaje máximo de las tres fases

Figura 9.Probabilidad de las tensiones.

ACTIVIDAD ACADEMICA


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 287,39 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.) los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 103,64 A, 109,47 A y 85,646 A). En la Figura 10,Figura 11 y Figura 12, se observan las corrientes en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

También se ven las corrientes máximas en las fases F1 en la Figura 13, F2 en la Figura 14 y F3 en la Figura 15.

Valores máximos de corriente Corrientes Máximas I(A)

F1 144,95 F2 153,44 F3 98,542

Según la Figura 16, la probabilidad de que la corriente en la Fase 1 (azul) sea superior a 23,75 A es de 80%, superior a 80,11 A es de 30% y superior a1 93,72 A es de 10%, en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que la corriente sea superior a 30,35 A es de 80%, superior a 79,47 A es de 30% y superior a1 89,47 A es de 10% y en la Fase 3 (verde), probabilidad de que la corriente sea superior a 11,84 A es de 80%, superior a 52,89 A es de 30% y superior a1 64,59 A es de 10%.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 21,985 A, Figura 17.


Figura 10. Corriente promedio en F1


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Figura 13. Corriente máxima en F1



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Figura 16. Probabilidad de corrientes


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Figura 17. Corriente promedio en el neutro.

Figura 18. Corriente máxima en el neutro.


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5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE

Se enseñan las curvas de valores de potencia activa promedio en cada fase F1 (Figura19), F2 (Figura 20), F3 (Figura 21) y total (Figura 22).

En la Figura 23, Figura 24,Figura 25 y Figura 26, aparece la potencia reactiva en las fases F1, F2 y F3 y la potencia reactiva trifásica, respectivamente.

En la Figura 27 aparece el promedio de la potencia aparente total (trifásica).

En la Figura 28 aparece la potencia aparente total (trifásica) máxima.

Para la potencia activa, según la Figura 29, la probabilidad de que la potencia activa en la Fase 1 (azul) sea superior a 1,761 kW es de 80%, superior a 9,085 kW es de 30% y superior a 10,697 kW es de 10%; en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que la potencia activa sea superior a 9,978 kW es de 80%, superior a 9,760 kW es de 30% y superior a 10,899 kW es de 10% y en la Fase 3 (verde), probabilidad de que la potencia activa sea superior a 8,870 kW es de 80%, superior a 5,994 kW es de 30% y superior a 7,203W es de 10%.

Para la potencia reactiva según la Figura 30, la probabilidad de que la potencia reactiva en la Fase 1 (azul) sea superior a 2,012 kVAr es de 80%, superior a 2,812 kVAr es de 30% y superior a 3,269 kVAr es de 10%, en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que la potencia reactiva sea superior a 544,97 VAr es de 80%, superior a 1,002 kVAr es de 30% y superior a 1,193 kVAr es de 10% y en la Fase 3 (verde), la probabilidad de que la potencia reactiva sea superior a 0,716 kVAr es de 80%, superior a 2,012 kVAr es de 30% y superior a1 2,850 kVAr es de 10%.

Para la potencia aparente según la Figura 31, la probabilidad de que la potencia aparente en la Fase 1 (azul) sea superior a 3,169 kVA es de 80%, superior a 9,860 kVA es de 30% y superior a1 11,254 kVA es de 10%, en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que la potencia aparente superior a 4,145 kVA es de 80%, superior a 9,930 kVA es de 30% y superior a1 10,975 kVA es de 10% y en la Fase 3 (verde), probabilidad de que la potencia aparente sea superior a 1,636 kVA es de 80%, superior a 6,581 kVA es de 30% y superior a1 7,831 kVA es de 10%.

La probabilidad de que la aparente trifásica sea superior a 8,560 kVA es de 80%, superior a 26,441 kVA es de 30% y superior a 29,414 kVA es de 10%, Figura 32

A continuación se muestra una tabla con los valores máximos alcanzados:


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Tabla 3. Potencias máximas

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente total (trifásica) fue 34,533 kVA (Figura 27), para este valor, el factor de utilización del transformador fue 30,69%. Para la máxima potencia aparente trifásica, 43,672 kVA, el factor de utilización fue 38,28%, Figura 28.

Donde se describe Factor de Utilización:

%100*max

nomKVA

KVAFu "

Figura 19. Potencia activa promedio en F1

FASE TOTAL (TRIFÁSICA) ACTIVA (kW) 13,098 kW (F2) 32,66 kW

REACTIVA (kVAr) 4,872 kVAr (F1) 8,966 kVAr APARENTE (kVA) 13,154 kVA (F2) 34,533 kVA


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Figura 22. Potencia activa promedio total

Figura 23. Potencia reactiva promedio en F1


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Figura 26. Potencia reactiva promedio total

Figura 27. Potencia aparente de las tres fases (promedio )


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Figura 28. Potencia aparente total máxima.

Figura 29. Probabilidad de la potencia activa


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Figura 30. Probabilidad de potencia reactiva

Figura 31. Probabilidad de potencia aparente por fase


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Figura 32. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica


Las fases F1 y F3 tuvieron un comportamiento inductivo durante todo el periodo de medición y entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., el factor de potencia en la Fase F3 presento un comportamiento muy malo llegando a valores de 0,218 en atraso. Este comportamiento es debido a las lámparas de balasto magnético (bobinas). En la fase F2 el factor de potencia tuvo un buen comportamiento y su valor estuvo cerca de 0,97 en atraso, Figura 33.

Entre las 6:00 a.m. y las 6:30 p.m. (periodo diurno), el factor de potencia total fue aproximadamente igual a 0,95 en atraso; entre las 6:30 p.m. y las 6:00 a.m. (periodo nocturno) el factor de potencia total descendió hasta 0,66 en atraso, Figura 34.


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Figura 33. Factor de potencia de las tres fases



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5.5 ENERGÍA


En la Figura 35 aparece el diagrama de consumo de energía activa durante el periodo de medición, este consumo fue de 2,817 MWh.

Figura 35. Diagrama de energía activa durante el periodo de medición


En la Figura 36 se muestra la energía reactiva en el punto de medida. El total de la energía reactiva registrada fue de 827,88 kVArh.Se puede observar que las tres fases existe demanda de reactivos del sistema.


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Figura 36. Diagrama de energía reactiva durante el periodo de medición


Las normas en Colombia, definen un máximo de distorsión armónica de tensión (THDV) en la frontera comercial entre el cliente y el Operador de Red (OR), esta frontera también se conoce como el punto de acople común (PCC).

Tabla 4. Límite de distorsión armónica total de tensión según IEEE 519



2

2

1

100%

n

n

n

V

V

THDV

"" $

%

En la Figura 37 aparecen los diagramas de distorsión armónica de tensión durante el periodo de medida, el THDv alcanzó unos niveles que superaron el valor 5% establecido en la regulación vigente.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 50% para la fase 1 (Figura 38), 28,14% para la fase 2 (Figura 39), 40% para la fase 3 (Figura 40).


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Los espectros armónicos de tensión (promedio) en las fases F1, F2 y F3 se pueden observar en la Figura 41, Figura 42 y Figura 43.


Figura 37. Distorsión armónica de tensión (THDv)

Figura 38. Probabilidad del THD F1.


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En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7 (Figura 44, Figura 45 y Figura 46):


- Orden 3, hasta 12,058 A, 6,7494 A y 14,819 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente, Figura 47.

- Orden 5, hasta 8,028 A, 5,631 A y 9,873 A, para las fases F1, F2 y F3, respectivamente, Figura 48.

- Orden 7, hasta 2,0792 A, 2,1347 A y 4,0325 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente, Figura 49.


3 5 7

F1 6,086 A 4,893 A 1,282 A F2 3,071 A 2,312 A 0,819 A F3 8,313 A 5,276 A 1,817 A


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respectivamente.

Figura 44. Espectro armónico de corriente en F1 (promedio)



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Figura 47. Corriente armónica de orden 3 (valores promedio en las tres fases)


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5.8 EVENTOS DE TENSIÓN:

En la Figura 50 se muestran los eventos de tensión ubicados clasificados en la curva CBEMA, en donde.

Ocurrieron 145 560 sobre tensiones en las fases. Sucedieron 13 huecos de tensión (dips) y de ellos se presento 1 dips fuera de la incumbente para la fase F1.





El desbalance de tensión se mide como el cociente entre la tensión de secuencia negativa y la tensión de secuencia positiva y debe permanecer por debajo del 2%, se dieron dos periodos en los cuales el desbalance fue mayor que el límite establecido por la regulación vigente: (1) a las 6:40 p.m. del día 26 de septiembre y (2) entre las 6:10 p.m. y las 7:30 p.m. del día 28 de septiembre, Figura 51, Figura 52, Figura 53 y Figura 54.

Dip en la F1


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V

!


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6 CONCLUSIONES

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de la Biblioteca JORGE ROA MARTÍNEZ de la Universidad Tecnológica De Pereira, durante el periodo de medición que empezó a las 16:30 h, del 25 de septiembre de 2006 y finalizó a las 17:00 h del 2 de octubre de 2006.

El análisis de los registros durante el intervalo de medición permite concluir que:


La mayor parte del periodo de medición, la tensión en las tres fases permaneció dentro del intervalo del 90% (117 V) y el 110% (143 V) de la tensión nominal; sin embargo, las tensiones registradas tienen la tendencia de permanecer cerca del límite inferior. En los periodos laborales entre las 6:00 p.m. y las 8:00 p.m., la tensión en la fase F1 se alcanzaron valores de 113,54 V.


La tensión entre el neutro y la tierra estuvo por encima de 0,139 V y llegó a valores de 0,787 V.

CORRIENTES

La corriente nominal del transformador en cada una de sus fases es de 287,39 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 103,64 A, 109,47 A y 85,64 A, respectivamente. Por lo tanto, el transformador está en capacidad de soportar las corrientes eléctricas del edificio de Biblioteca.

La probabilidad de que la corriente en la Fase 1 (azul) sea superior a 23,75 A es de 80%, superior a 80,11 A es de 30% y superior a1 93,72 A es de 10%, en la Fase 2 (roja), la probabilidad de que la corriente sea superior a 30,35 A es de 80%, superior a 79,47 A es de 30% y superior a1 89,47 A es de 10% y en la Fase 3 (verde), probabilidad de que la corriente sea superior a 11,84 A es de 80%, superior a 52,89 A es de 30% y superior a1 64,59 A es de 10%.

Las corrientes máximas instantáneas registradas en las fases F1, F2 y F3 fueron:

Corrientes Máximas I(A) F1 144,95 F2 153,44 F3 98,542


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En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 21,985 A. En los periodos de receso, el menor valor de la corriente en el neutro fue 3,118 A


POTENCIAS

Los máximos valores alcanzados para los distintos tipos de potencia fueron:

La probabilidad de que la potencia activa en la Fase 1 sea superior a 1,761 kW es de 80%, superior a 9,085 kW es de 30% y superior a 10,697 kW es de 10%; en la Fase 2, la probabilidad de que la potencia activa sea superior a 9,978 kW es de 80%, superior a 9,760 kW es de 30% y superior a 10,899 kW es de 10% y en la Fase 3, probabilidad de que la potencia activa sea superior a 8,870 kW es de 80%, superior a 5,994 kW es de 30% y superior a 7,203W es de 10%.

La probabilidad de que la potencia reactiva en la Fase 1 sea superior a 2,012 kVAr es de 80%, superior a 2,812 kVAr es de 30% y superior a 3,269 kVAr es de 10%; en la Fase 2, la probabilidad de que la potencia reactiva sea superior a 544,97 VAr es de 80%, superior a 1,002 kVAr es de 30% y superior a 1,193 kVAr es de 10% y en la Fase 3, la probabilidad de que la potencia reactiva sea superior a 0,716 kVAr es de 80%, superior a 2,012 kVAr es de 30% y superior a1 2,850 kVAr es de 10%.

La probabilidad de que la potencia aparente en la Fase 1 sea superior a 3,169 kVA es de 80%, superior a 9,860 kVA es de 30% y superior a1 11,254 kVA es de 10%; en la Fase 2, la probabilidad de que la potencia aparente superior a 4,145 kVA es de 80%, superior a 9,930 kVA es de 30% y superior a1 10,975 kVA es de 10% y en la Fase 3, probabilidad de que la potencia aparente sea superior a 1,636 kVA es de 80%, superior a 6,581 kVA es de 30% y superior a1 7,831 kVA es de 10%.

La probabilidad de que la aparente trifásica sea superior a 8,560 kVA es de 80%, superior a 26,441 kVA es de 30% y superior a 29,414 kVA es de 10%.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente total (trifásica) fue 34,533 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador fue 30,69%. Para la máxima potencia aparente trifásica, 43,672 kVA, el factor de utilización fue 38,28%.

POTENCIA FASE TOTAL (TRIFÁSICA)

ACTIVA (kW) 13,098 kW (F2) 32,66 kW

REACTIVA (kVAr) 4,872 kVAr (F1) 8,966 kVAr

APARENTE (kVA) 13,154 kVA (F2) 34,533 kVA


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FACTOR DE POTENCIA

Las fases F1 y F3 tuvieron un comportamiento inductivo durante todo el periodo de medición y entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., el factor de potencia en la Fase F3 presento un comportamiento muy malo llegando a valores de 0,218 en atraso. Este comportamiento es debido a las lámparas de balasto magnético (bobinas). En la fase F2 el factor de potencia tuvo un buen comportamiento y su valor estuvo cerca de 0,97 en atraso.

Entre las 6:00 a.m. y las 6:30 p.m. (periodo diurno), el factor de potencia total fue aproximadamente igual a 0,95 en atraso; entre las 6:30 p.m. y las 6:00 a.m. (periodo nocturno) el factor de potencia total descendió hasta 0,66 en atraso.

ENERGÍA




La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 50% para la fase 1, 28,14% para la fase 2, 40% para la fase 3.



En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7:




3 5 7

F1 6,0864 A 4,8933 A 1,2819 A

F2 3,0712 A 2,3120 A 0,81941 A F3 8,3128 A 5,2762 A 1,8167 A


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- Orden 5, hasta 8,028 A, 5,631 A y 9,873 A, para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.




respectivamente.

EVENTOS DE TENSIÓN

Ocurrieron 145560 sobre tensiones en las fases.

Sucedieron 13 huecos de tensión (dips) y de ellos se presentó 1 dips fuera de la incumbente para la fase F1.


En la mayoría del periodo de medida se cumplió con el límite de 2% establecido en la regulación.


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7 RECOMENDACIONES

Redistribuir mejor las cargas conectadas en las fases F1, F2 y F3, la fase F3 está muy descargada comparada con las otras dos.

Controlar el contenido de armónico de las corrientes empleando lámparas de balasto electrónico con control de armónicos, o ubicando filtros para las componentes armónicas de orden 3, 5 y 7.

Revisar las conexiones y el estado de los conductores del sistema eléctrico del edificio de Biblioteca, las malas conexiones son una de las principales causas de los eventos de tensión.

Puede ser necesario el empleo de reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de tensión.


DE 45 KVA, EN EL EDIFICIO DE EDUCACIÓN

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA


TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 15 DE NOVIEMBRE HASTA EL 22 DE NOVIEMBRE DE 2006




3 de mayo de 2007

PEREIRA 2007

EDIFICIO DE EDUCACIÓN

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes Topas 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Educación en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó a las 4:00 p.m. del 15 de noviembre de 2006 y finalizó a las 4:00 p.m. del 22 de noviembre de 2006



Tensión primario: 13,2 kV Corriente primario: 1,97



El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Educación.




La mayor parte del periodo de medición, la tensión en las fases permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite inferior.

La tensión en la fase F1 tuvo periodos en los cuales estuvo por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal, llegando hasta un valor mínimo de 108,13V.

Existe una probabilidad del 80% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 116,44 V, 117,59 V y 119,12 V, respectivamente.


CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 121,4 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.),

los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 69,094 A, 36,886 A y 26,675 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.) la corriente en las tres fases tuvo valores aproximadamente constantes de 4,011A, 4,097 A y 4,5 A, respectivamente.


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La fase F1 es la más cargada. Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y

F3 sea superior a 2,517 A, 2,517 A y 4,308 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 44,278 A, 22,497 A y 9,314 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 56,88 A, 31,382 A y 17,339 A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 283,33 A, 250,93 A y 119,97 A, respectivamente.






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POTENCIAS

Existe una probabilidad de 80% de que la potencia activa trifásica sea superior a 927,90 W; una probabilidad de 30% de sea superior a 8,436 kW y una probabilidad de 10% de que sea superior a 11,135 kW.

Las potencias reactivas en las tres fases F1, F2 y F3 tuvieron un comportamiento capacitivo con un valor extremo de -108,26 VAr, -192,55 VAr y -35,992 VAr, respectivamente.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue 14,19 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador que alimenta al edificio de Educación fue 31,53 %

Existe una probabilidad de 80% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 1,1752 kVA, una probabilidad de 30% de que sea superior a 9,082 kVA, y una probabilidad de 10% de que sea superior a 12,193 kVA.

Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio)

FACTOR DE POTENCIA:

El factor de potencia en las fases F1 y F2 no tuvo un buen comportamiento de acuerdo a la reglamentación vigente, tuvo valores de 0,57 en atraso.

El factor de potencia en las fases F3 tuvo un buen comportamiento, estuvo alrededor de 0,9 en atraso.

En los periodos laborales, el factor de potencia total tuvo un comportamiento aproximadamente constante con valores alrededor de 0,9 en atraso. En los periodos no laborales, el comportamiento del factor de potencia total estuvo oscilando entre inductivo y capacitivo llegando a valores de 0,74 en atraso.


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ENERGÍA

Durante el periodo de medida el consumo de energía fue de 736,43kWh, suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes se obtiene un consumo aproximado de 2 945 kWh con un costo mensual de $ 535 473, respecto a la Universidad (sin involucrar el Vivero ni el bloque L), el edificio de Educación representa el 1,17% del consumo de energía.


Tarifa $ 181,78 kWh


Valor del pago de energía de la Universidad del 4 de Noviembre al 5 de Diciembre De 2006 $ 30 473 888



El THDv superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de orden 3, 5, 7 y 9, la fase F1 presentó los mayores valores llegando hasta 8,271%.

Existe una probabilidad de 78,04%, 72,17% y 67,31% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente de que la distorsión armónica supere el 5,083% del THDv.

En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,603 V, 5,674 V y 5,403 V, respectivamente.


El armónico de orden 3 fue el más representativo, en la fase F1 tuvo el mayor valor promedio de 13,467 A, en la fase F2 de 7,170 A y en la fase F3 de 2,928 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en los días de actividad académica hasta valores de 29,89 A en la fase F1. Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes alrededor de 1,5 A.

La corriente armónica de orden 5 alcanzó valores de 11,118 A, 7,551 A y 2,560 A, respectivamente.

Universidad 98,24% Edificio Educación 1,76%



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La corriente armónica de orden 7 se incrementó en los días de actividad académica hasta valores de 4,899 A, 3,170 A y 1,235 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


Existen momentos durante el periodo de medida, el los cuales el desbalance se incremento abruptamente superando 2%, entre las 6:00 a.m. y las 10:00 p.m.

RECOMENDACIONES:



Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de tensión y corriente. Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de

tensión.


En el edificio de Educación se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. No destinar el cuarto de la subestación como bodega. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado. Aumentar el espacio donde se encuentra actualmente la subestación. Cambiar el gabinete de la subestación.



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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ..................................................................................................... 2 1 DEFINICIONES............................................................................................................. 9 2 RESOLUCIONES .......................................................................................................... 9 3 CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................. 10 4 DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO....................................................................... 12 5 CÁLCULOS Y ANÁLISIS.......................................................................................... 13

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:................................... 13 5.2 CORRIENTES ..................................................................................................... 16 5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE .......................................... 20 5.4 FACTOR DE POTENCIA ................................................................................... 25 5.5 ENERGÍA............................................................................................................. 27

5.5.1 ENERGÍA ACTIVA .................................................................................... 27 5.5.2 ENERGÍA REACTIVA ............................................................................... 29

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS: .............................................................................. 29 5.7 CORRIENTES ARMONICAS ............................................................................ 34 5.8 DESBALANCES DE TENSIÓN ......................................................................... 39

6 NORMAS DE SEGURIDAD....................................................................................... 42 7 CONCLUSIONES........................................................................................................ 45 8 RECOMENDACIONES .............................................................................................. 47

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 10 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 13 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 29 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 34


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Tensión promedio Fase – Neutro durante todo el periodo de medida .................. 14 Figura 2. Distribución de probabilidad para las tensiones de fase. ...................................... 14 Figura 3. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 15 Figura 4. Tensón promedio en el neutro............................................................................... 15 Figura 5. Distribución de probabilidad de tensión en el neutro............................................ 16 Figura 6. Corrientes promedio en las fases. ......................................................................... 17 Figura 7. Distribución de probabilidad para las corrientes en cada fase. ........................... 18 Figura 8. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 18 Figura 9. Corriente promedio en el neutro ........................................................................... 19 Figura 10. Corriente máxima en el neutro............................................................................ 19 Figura 11. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 21 Figura 12. Valor promedio de la potencia activa trifásica.................................................... 21 Figura 13. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 22 Figura 14. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 22 Figura 15. Valores promedio de la potencia aparente trifásica (kVA)................................. 23 Figura 16. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 23 Figura 17. Valores máximos de la potencia aparente trifásica (kVA).................................. 24 Figura 18. Distribución de probabilidad la potencia aparente trifásica (máximos).............. 24 Figura 19. El Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3................................................... 25 Figura 20. Factor de potencia total ...................................................................................... 26 Figura 21. Energía activa..................................................................................................... 27Figura 22. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 29 Figura 23. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................ 31 Figura 24. Distribución de probabilidad para THDv........................................................... 31 Figura 25. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 32 Figura 26. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 ............................................. 32 Figura 27. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 ............................................. 33 Figura 28. Tensión armónica de orden 3 .............................................................................. 33 Figura 29. Tensión armónica de orden 5 .............................................................................. 34 Figura 30. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 .......................................... 35 Figura 31. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 .......................................... 36 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 .......................................... 36 Figura 33. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 37 Figura 34. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................. 37 Figura 35. Corriente armónica de orden 5 en F2................................................................. 38 Figura 36. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................. 38 Figura 37. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 39 Figura 38. Tensión de secuencia cero.................................................................................. 40 Figura 39. Tensión de secuencia positiva............................................................................ 40 Figura 40. Tensión de secuencia negativa. ........................................................................... 41


V

!

".................................................................................................. 41


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1 DEFINICIONES



h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red




2 RESOLUCIONES

RESOLUCIÓN CREG 107 - 2007 RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 (www.creg.gov.co) RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 ESTÁNDAR IEEE 519


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3 CONEXIÓN DEL ANALIZADOR




ANALIZADOR


Fase I (F1) 1 5Fase II (F2) 2 6

Fase III (F3) 3 7

Neutro 4 8

Periodo de medición:Inicio: Miércoles 15 de Noviembre de 2006 a las 4:00 p.m. Parada: Miércoles 22 de Noviembre de 2006 a las 4:00 p.m.



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Fotos de la instalación del Topas.

F1

F2

F3


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TRANSFORMADOR:


Tensión primario: 13,2 kV Corriente primario: 1,97




Tensión primario: 13,2 KV Tensión secundario: 214 V – 123 V


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5 CÁLCULOS Y ANÁLISIS







214 V 192,6V 235,4 V 123 V 110,7 V 135,3 V

La tensión en las fases F2 (rojo) y F3 (verde) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite inferior. La tensión en la fase F1 (azul) tuvo valores por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal, llegando hasta un valor mínimo de 108,13V, Figura 1.

Existe una probabilidad del 80% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 116,44 V, 117,59 V y 119,12 V, respectivamente, para una probabilidad del 30% de que el promedio de la tensión sea superior a 125,03V, 123,8 V y 123,26 V respectivamente y para una probabilidad de 10% que el promedio de la tensión sea superior a 127,79 V, 126,41 V y 125,79 V, respectivamente, Figura 2 .


La tensión entre neutro y tierra presentó valores de hasta 2,064V y algunos más frecuentes de alrededor de 1,437 V, Figura 4.

Existe una probabilidad del 46,689% de que los voltajes por el neutro superen los 0,2 V.


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Figura 1. Tensión promedio Fase – Neutro durante todo el periodo de medida

Figura 2. Distribución de probabilidad para las tensiones de fase.


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Figura 4. Tensón promedio en el neutro


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Figura 5. Distribución de probabilidad de tensión en el neutro.

5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 121,4A.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 69,094 A, 36,886 A y 26,675 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las tres fases tuvo valores aproximadamente constantes de 4,011A, 4,097 A y 4,5 A, respectivamente. De la observación anterior, se concluye que la fase F3 tiene menos carga que las fases F1 y F2 y que la fase F1 es la más cargada, y que por lo tanto, existe un problema de balance de fases. Figura 6.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 2,517 A, 2,517 A y 4,308 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 44,278 A, 22,497 A y 9,314 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 56,88 A, 31,382 A y 17,339 A. Figura 7


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Las máximas corrientes instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 283,33 A, 250,93 A y 119,97 A, respectivamente, Figura 8.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 79,374 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fue aproximadamente 42 A, Figura 9.


Figura 6. Corrientes promedio en las fases.


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Figura 7. Distribución de probabilidad para las corrientes en cada fase.



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5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F1 (azul) llegando a valores de 6,771 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F2 (roja) y la fase F3 (verde), los mayores valores de potencia para estas fases fueron 4,054 kW y 3,169 kW respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de 163 W, 210 W y 567,95 W, respectivamente, Figura 11.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 13,182 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo con valor aproximado de 1,135 kW, Figura 12.

Existe una probabilidad de 80% de que la potencia activa trifásica sea superior a 0,927 kW; una probabilidad de 30% de sea superior a 8,4362 kW y una probabilidad de 10% de que sea superior a 11,135 kW, Figura 13.

Las potencias reactivas en las tres fases F1, F2 y F3 tuvieron un comportamiento capacitivo con un valor extremo de -108,26 VAr, -192,55 VAr y -35,992 VAr, respectivamente, e inductivo con valores de 693,12 VAr, 195,95 VAr y 152,9 VAr, Figura 14.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue 14,19 kVA, (Figura 15), para este valor, el factor de utilización del transformador que alimenta al edificio de Educación fue 31,53%.

%53,31100*45

19,14%100*max ###

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

En los periodos de inactividad académica, la potencia aparente trifásica fue 1,25 kVA con un factor de utilización de 2,7 %, Figura 15.

Existe una probabilidad de 50,61% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 1,703 kVA, una probabilidad de 30,87% de que sea superior a 9,366 kVA, y una probabilidad de 9,72 % de que sea superior a 12,204 kVA, Figura 16.

El máximo valor instantáneo de la potencia aparente trifásica fue de 72,553 kVA, para el cual el factor de utilización del transformador fue 161,23%, Figura 17.

Existe una probabilidad de 80% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 1,502 kVA; una probabilidad de 30% de que sea superior a 11,266 kVA y una probabilidad de 10% de que superior a 14,571 kVA, Figura 18.


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Figura 12. Valor promedio de la potencia activa trifásica


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Figura 15. Valores promedio de la potencia aparente trifásica (kVA)



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Figura 17. Valores máximos de la potencia aparente trifásica (kVA)

Figura 18. Distribución de probabilidad la potencia aparente trifásica (máximos)


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El factor de potencia en las fases F1 y F2 no tuvo un buen comportamiento de acuerdo a la reglamentación vigente, tuvo valores de 0,57 en atraso, Figura 19.



Figura 19. El Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3.


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5.5 ENERGÍA


En la Figura 21, aparece el diagrama de consumo de energía activa durante el periodo de medición, este consumo fue de 736,43 kWh.


El periodo de medición involucró el recibo de cobro de la empresa de Energía a la Universidad, que involucra el periodo del 4 de Noviembre al 5 de Diciembre de 2006.

Total periodo de medida $ 181,78 736,43 $ 133 868,25

Para comparar el consumo de energía activa del edificio de Educación respecto a la Universidad, sin incluir el consumo del Bloque L y del Vivero, se multiplica el valor del consumo durante el periodo de medición por cuatro (4), se supone que el comportamiento de la demanda es igual durante todas las semanas.

Tarifa kWh. Consumo kWh Valor

736,43kWh



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Tarifa $ 181,78/kWh


Valor del pago de energía de la Universidad del 4 de Noviembre al 5 de Diciembre De 2006 $ 30 473 888

Universidad 98,24% Edificio Educación 1,76%



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En la Figura 22, se observa la energía reactiva en el punto de medida. En las fases F1 y F3 existe demanda de reactivos desde el secundario al sistema. La fase F2 tiene un comportamiento capacitivo.


Figura 22. Diagrama de energía reactiva.

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS:

Las normas en Colombia, definen un máximo de distorsión armónica de tensión (THDV)en la frontera comercial entre el cliente y el Operador de Red (OR), esta frontera también se conoce como el punto de acople común (PCC). El punto donde se conecto el TOPAS 1000 no corresponde al PCC y por lo tanto no aplica la resolución CREG 024-2005



Niveles de tensión < 1kV 5.0



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2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

$# %&

En la Figura 23 aparecen los diagramas de distorsión armónica de tensión durante el periodo de medida, la mayoría de los datos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv) debido ala presencia de armónicos de orden 3,5,7 y 9. Además, en el intervalo de tiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m. también se superó el límite del 5%, la fase F1 presentó los mayores valores llegando hasta 8,271%.

Existe una probabilidad de 78,04%, 72,17% y 67,31% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente de que la distorsión armónica supere el 5,083% del THDv, Figura 24.

En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,603 V, 5,674 V y 5,403 V, respectivamente, Figura 25, Figura 26 y Figura 27.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividad académica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F1 el mayor valor fue 5,439V, Figura 28.

La tensión armónica de orden 5 tuvo un comportamiento similar para las tres fases, el mayor valor fue 9,729 V, Figura 29.


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F1=78,04%

F3=67,31%F2=72,17%


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5.7 CORRIENTES ARMONICAS

En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, y 7, Figura 30, Figura 31 y Figura 32 y su magnitud se especifica en la Tabla 4.



F1 13,467 A 4,449 A 2,058A

F2 7,170 A 2,650 A 1,356 A

F3 2,928 A 1,020 A 0,383 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en los días de actividad académica hasta valores de 29,89 A en la fase F1. Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes alrededor de 1,5 A, Figura 33.

La corriente armónica de orden 5 alcanzó valores de 11,118 A, 7,551 A y 2,560 A, respectivamente, Figura 34, Figura 35 y Figura 36.


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la tensión de secuencia positiva ' (VV

!

" y debe permanecer por debajo del 2%, existen

periodos en los cuales el desbalance se incrementó abruptamente: entre las 6:00 a.m. y las 10:00 p.m., Figura 38, Figura 39, Figura 40 y Figura 41.


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Figura 38. Tensión de secuencia cero.



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Figura 40. Tensión de secuencia negativa.


V

!

"


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6 NORMAS DE SEGURIDAD

En el edificio de Educación se incumplen las siguientes normas de seguridad:

Según el CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO NTC 2050 (Primera actualización), Capitulo 1, Sección 110. REQUISITOS PARA INSTALACIONES ELÉCTRICAS. B. Requisitos para instalaciones eléctricas.

110-16. Espacio alrededor de los equipos eléctricos (para 600 V nomínales o menos). Alrededor de todos los equipos eléctricos debe existir y se debe mantener un espacio de acceso y de trabajo suficiente que permita el funcionamiento y el mantenimiento fácil y seguro de dichos equipos. a) Espacio de trabajo. Excepto si se exige o se permite otra cosa en este código, la medida del espacio de trabajo para equipos que funcionen a 600 V nominales o menos a tierra y que pueden requerir examen, ajuste, servicio o mantenimiento mientras están energizados, debe cumplir con:





2) Mediante muros adecuados, sólidos y permanentes o pantallas dispuestas de modo que al espacio cercano a las partes energizadas sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o estar situada de


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modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.



Además:




“En inmuebles de más de tres pisos, las tuberías eléctricas no metálicas flexibles deben ir ocultas dentro de cielo rasos, pisos, muros o techos, siempre y cuando los materiales constructivos usados tengan una resistencia al fuego de mínimo 15 minutos. No se acepta el uso de tubería eléctrica de PVC, de otros materiales inflamables o que produzcan gases tóxicos con el aumento de temperatura, para instalaciones a la vista”…

No se puede abrir bien la puerta del gabinete debido a falta de espacio. (Mínimo 90º de abertura según norma)


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No se debe utilizar como bodega.

No se debe utilizar como bodega.

Acceso vigilante.


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7 CONCLUSIONES


La mayor parte del periodo de medición, la tensión en las fases permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite inferior.

La tensión en la fase F1 tuvo periodos en los cuales estuvo por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal, llegando hasta un valor mínimo de 108,13V.

Existe una probabilidad del 80% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 116,44 V, 117,59 V y 119,12 V, respectivamente.


CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 121,4 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.),

los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 69,094 A, 36,886 A y 26,675 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.) la corriente en las tres fases tuvo valores aproximadamente constantes de 4,011A, 4,097 A y 4,5 A, respectivamente.

La fase F1 es la más cargada. Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y

F3 sea superior a 2,517 A, 2,517 A y 4,308 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 44,278 A, 22,497 A y 9,314 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 56,88 A, 31,382 A y 17,339 A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 283,33 A, 250,93 A y 119,97 A, respectivamente.



POTENCIAS

Existe una probabilidad de 80% de que la potencia activa trifásica sea superior a 927,90 W; una probabilidad de 30% de sea superior a 8,436 kW y una probabilidad de 10% de que sea superior a 11,135 kW.

Las potencias reactivas en las tres fases F1, F2 y F3 tuvieron un comportamiento capacitivo con un valor extremo de -108,26 VAr, -192,55 VAr y -35,992 VAr, respectivamente.


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El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue 14,19 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador que alimenta al edificio de Educación fue 31,53 %

Existe una probabilidad de 80% de que la potencia aparente trifásica sea superior a 1,1752 kVA, una probabilidad de 30% de que sea superior a 9,082 kVA, y una probabilidad de 10% de que sea superior a 12,193 kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

El factor de potencia en las fases F1 y F2 no tuvo un buen comportamiento de acuerdo a la reglamentación vigente, tuvo valores de 0,57 en atraso.



ENERGÍA

Durante el periodo de medida el consumo de energía fue de 736,43kWh, suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes se obtiene un consumo aproximado de 2 945 kWh con un costo mensual de $ 535 473, respecto a la Universidad (sin involucrar el Vivero ni el bloque L), el edificio de Educación representa el 1,17% del consumo de energía.



El THDv superó el valor del 5% debido a la presencia de armónicos de orden 3, 5, 7 y 9, la fase F1 presentó los mayores valores llegando hasta 8,271%.

Existe una probabilidad de 78,04%, 72,17% y 67,31% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente de que la distorsión armónica supere el 5,083% del THDv.

En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3 fue de 5,603 V, 5,674 V y 5,403 V, respectivamente.


El armónico de orden 3 fue el más representativo, en la fase F1 tuvo el mayor valor promedio de 13,467 A, en la fase F2 de 7,170 A y en la fase F3 de 2,928 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en los días de actividad académica hasta valores de 29,89 A en la fase F1. Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes alrededor de 1,5 A.

La corriente armónica de orden 5 alcanzó valores de 11,118 A, 7,551 A y 2,560 A, respectivamente.


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La corriente armónica de orden 7 se incrementó en los días de actividad académica hasta valores de 4,899 A, 3,170 A y 1,235 A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


Existen momentos durante el periodo de medida, el los cuales el desbalance se incremento abruptamente superando 2%, entre las 6:00 a.m. y las 10:00 p.m.

8 RECOMENDACIONES



Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de tensión y corriente. Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de

tensión.




dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. No destinar el cuarto de la subestación como bodega. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado. Aumentar el espacio donde se encuentra actualmente la subestación. Cambiar el gabinete de la subestación.



DE 112,5 KVA, EN EL EDIFICIO DE ELÉCTRICA



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 27 DE AGOSTO HASTA 03 DE SEPTIEMBRE DE 2007

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O. DAYANA PELÁEZ



Septiembre de 2007

PEREIRA

EDIFICIO DE ELÉCTRICA

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Eléctrica en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el lunes 27 de septiembre de 2007 a las 5 p.m. y finalizó a las 4:50 p.m. del 03 de octubre de 2007.





El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Eléctrica .




La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005) se presentaron unas caídas de voltaje de la siguiente manera, el día 30 de agosto a la 1:20 a.m. el voltaje fue de 124,8V cuando cayo a 0V y se recupero a la 1:40 a.m. con un voltaje de 126,74V, el día 02 de septiembre a las 6:00 a.m. el voltaje fue de 125,1V cuando cayo a 0V y se recupero a las 6:20 a.m. con un voltaje de 125,88V y el mismo día 30 a las 4:10 p.m. el voltaje fue de 121,74V cuando cayo a 0V y se recupero a las 4:30 p.m. con un voltaje de 121,52V.

Existe una probabilidad del 93,254% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 sea superior a 115,26 V, 115,26 V respectivamente y una probabilidad del 95,045% de que el promedio de la tensión en la F3 sea de 116,54V.



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La tensión entre neutro y tierra tuvo variaciones de la siguiente manera desde el 27 al 30 de agosto se mantuvo alrededor de 2V, después tiene una caída hasta 96,99mV y se conservó constante alrededor de 0,2.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 1.9291 V es del 52.480 %.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 303,51 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 155,86 A, 123,48 A y 146,77 A, respectivamente.

Se observa que las fases tienen un nivel alto de sobrecarga en especial las fases F1 y F3.

Existe una probabilidad del 83,04%, 86,81% y 83,23 que la corriente promedio sea superior a 24,94 A, 12,47 A y 28,05 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 81,05A, 49,87A y 65,46A y una probabilidad de 10% de sea superior a 138,71A, 93,52A y 123,13A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 213,18A, 244,56A y 210,51A, respectivamente.

POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), hubo un consumo constante de potencia activa, la fase donde se presento el mayor consumo fue en F1 con 17,724 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan entre 3,2-3,5 kW.


Existe una probabilidad de 91,37% de que la potencia activa trifásica sea superior a 46,305 kW; una probabilidad de 61,11% de sea superior a 8,556kW y una probabilidad de 20,44% de que sea superior a 36,478kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 2,2564 kVAr y 1,7297 en la fase F1 (azul) y F3 (roja) respectivamente. La F2 tuvo comportamiento capacitivo con valor extremo de 669,94 Var.


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En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta 44,104 kVA dando un factor de utilización de 39.20 %.




FACTOR DE POTENCIA:

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamiento inductivo aunque hubo periodos de tiempo en los cuales vario bruscamente, la F2 actuó de forma capacitiva la gran parte del tiempo y por ultimo la F3 se comporto de forma inductiva constante.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso, aunque en algunos momentos fluctuó mucho.

ENERGÍA:


El consumo de energía reactiva fue 214,62kVArh.


Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F2 se tuvo el mayor valor extremo de8,035V el día 30 de agosto a las 2:50 a.m. Además, en el intervalo de tiempo desde las 8:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en la mayoría de los días de la semana para esta fase.


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En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 4,8297V, 5,26 V y 4,8297V, respectivamente.






F1 19,573 A 8,86 A 2,5024A

F2 9,5891A 4,5088 A 1,4626 A

F3 22,947 A 8,8544 A 2,3034A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 36,097A en la fase F1, 25,335A en la fase F2 y 47,453A en la fase F3.

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 15,567A, 10,333A y 17,395A, en la fase F1, F2 y F3, respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 5,6613A, 3,6154A y 4,8693A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


En este caso el edificio de Eléctrica tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 63112 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3.


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0,031601 83,163 133,28 58,171 58,336 20,024 66,681 10,402


DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)133,28 53,397 66,681 16,676 58,336 14,371





RECOMENDACIONES


Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio. Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7.


En el edificio de Eléctrica se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc.


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Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado.



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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 2 DEFINICIONES................................................................................................................... 101. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................. 10 2. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................. 11 5 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ......................................................... 14





LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 11 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 14 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 30 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 36 Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1 ....... 41 Tabla 6. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2 ....... 41 Tabla 7. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3 ....... 41

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas .......................................................................... 12 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 15 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 15 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 16 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 16 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 17 Figura 7. Corrientes promedio en las fases .......................................................................... 18 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 18


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Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 19 Figura 10. Corriente máxima por la fase F1......................................................................... 19 Figura 11. Corriente máxima por la fase F2......................................................................... 20 Figura 12. Corriente máxima por la fase F3......................................................................... 20 Figura 13. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 22 Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 22 Figura 15. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 23 Figura 16. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 23 Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 24 Figura 18. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 24 Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 25 Figura 20. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)......... 25 Figura 21. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 26 Figura 22. Factor de potencia F1.......................................................................................... 27 Figura 23. Factor de potencia F2.......................................................................................... 27 Figura 24. Factor de potencia F3.......................................................................................... 28 Figura 25. Factor de potencia total ....................................................................................... 28 Figura 26. Energía activa...................................................................................................... 29Figura 27. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 30 Figura 28. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 31 Figura 29. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 32 Figura 30. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 32 Figura 31. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 33 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 33 Figura 33. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1...................................................... 34 Figura 34. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2...................................................... 34 Figura 35. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3...................................................... 35 Figura 36. Tensión armónica de orden 5 .......................................................................... 35 Figura 37 Tensión armónica de orden 7 ............................................................................... 36 Figura 38. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 37 Figura 39. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 37 Figura 40. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 38 Figura 41. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 38 Figura 42. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................. 39 Figura 43. Corriente armónica de orden 5 en F2.................................................................. 39 Figura 44. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................. 40 Figura 45. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 40 Figura 46. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA......................................... 42 Figura 47. Tensión de secuencia cero................................................................................... 43 Figura 48. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 43 Figura 49. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 44


#

$ .......................................................................................... 44


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DEFINICIONES





kVAFu

kVA%

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red








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Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 112.5 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.



ANALIZADOR


Fase I (F1=R) 1 5

Fase II (F2=S) 2 6

Fase III(F3=T) 3 7

Neutro 4 8


Periodo de medición:Inicio: Lunes 27 de agosto de 2007 a las 5 p.m. Parada: lunes 03 de septiembre de 2007 a las 4:50 p.m.


F1=R F2=S F3=T


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F1

F3F2

F2

F1F3


13/51


TRANSFORMADOR:







14/51








214 V 192,6V 235,4 V 123 V 110,7 V 135,3 V

En la Figura 2, aparecen las tensiones de fase del periodo de medida.

La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005) se presentaron unas caídas de voltaje de la siguiente manera, el día 30 de agosto a la 1:20 a.m. el voltaje fue de 124,8V cuando cayo a 0V y se recupero a la 1:40 a.m. con un voltaje de 126,74V, el día 02 de septiembre a las 6:00 a.m. el voltaje fue de 125,1V cuando cayo a 0V y se recupero a las 6:20 a.m. con un voltaje de 125,88V y el mismo día 30 a las 4:10 p.m. el voltaje fue de 121,74V cuando cayo a 0V y se recupero a las 4:30 p.m. con un voltaje de 121,52V. Figura 2.

Existe una probabilidad del 93,254% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 sea superior a 115,26 V, 115,26 V respectivamente y una probabilidad del 95,045% de que el promedio de la tensión en la F3 sea de 116,54V. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 135,40 V, 134,63V y 136,13 V, respectivamente. Figura 4

La tensión entre neutro y tierra tuvo variaciones de la siguiente manera desde el 27 al 30 de agosto se mantuvo alrededor de 2V, después tiene una caída hasta 96,99mV y se conservó constante alrededor de 0,2.Figura 5

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 1.9291 V es del 52.480 %. Figura 6


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F1 F2 F3


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F1 F2 F3


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5.2 CORRIENTESLa corriente nominal para cada fase es de 303,51 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 155,86 A, 123,48 A y 146,77 A, respectivamente.

Se observa que las fases tienen un nivel alto de sobrecarga en especial las fases F1 y F3 Figura 7.

Existe una probabilidad del 83,04%, 86,81% y 83,23 que la corriente promedio sea superior a 24,94 A, 12,47 A y 28,05 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 81,05A, 49,87A y 65,46A y una probabilidad de 10% de sea superior a 138,71A, 93,52A y 123,13A. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 213,18A, 244,56A y 210,51A, respectivamente, Figura 9.


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F1 F2 F3

F1 F2 F3


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En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), hubo un consumo constante de potencia activa, la fase donde se presento el mayor consumo fue en F1 con 17,724 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan entre 3,2-3,5 kW. Figura 13

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 45,034 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante alrededor de 8 kW, Figura 14

Existe una probabilidad de 91,37% de que la potencia activa trifásica sea superior a 46,305 kW; una probabilidad de 61,11% de sea superior a 8,556kW y una probabilidad de 20,44% de que sea superior a 36,478kW. Figura 15.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 2,2564 kVAr y 1,7297 en la fase F1(azul) y F3 (roja) respectivamente. la F2 tuvo comportamiento capacitivo con valor extremo de 669,94 VAr,(Figura 16).

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta 44,104 kVA dando un factor de utilización de 39.20 %, (Figura 17).

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 64,165 kVA con un factor de utilización de 57,03 %. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo alrededor de los 20 kVA con un factor de utilización de 17,77%, Figura 19.

%03,57100*5,112

165,64%100*max %%%

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

Existe una probabilidad de 30,06% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 32,502 kVA nominales .Figura 18.

Existe una probabilidad de 78,08% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 19,250 kVA y una probabilidad de 21,13% de que sea superior a 43,633 Kva. Figura 20.


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F1 F2 F3


24/51





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Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamiento inductivo aunque hubo periodos de tiempo en los cuales vario bruscamente, la F2 actuó de forma capacitiva la gran parte del tiempo y por ultimo la F3 se comporto de forma inductiva constante, Figura 21, Figura 22, Figura 23 y Figura 24.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso, aunque en algunos momentos fluctuó mucho. Figura 25.


F1 F2 F3


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28/51




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5.5 ENERGÍA




F1F2F3SUMA


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F1F2F3SUMA


31/51

2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

& !"

Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F2 se tuvo el mayor valor extremo de8,035V el día 30 de agosto a las 2:50 a.m. Además, en el intervalo de tiempo desde las 8:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en la mayoría de los días de la semana para esta fase. Figura 28


En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 4,8297V, 5,26 V y 4,8297V, respectivamente, Figura 30, Figura 31y Figura 32.

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de Distorsión Armónica Total con valores extremos de 8,0006 V; 9,4653 V y 7,9236 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Figura 36.



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F1 F2 F3


33/51




34/51




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En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7, Figura 38, Figura 39 y Figura 40,en la tabla 4 se especifican sus magnitudes .



F1 19,573 A 8,86 A 2,5024A

F2 9,5891A 4,5088 A 1,4626 A

F3 22,947 A 8,8544 A 2,3034A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 36,097A en la fase F1, 25,335A en la fase F2 y 47,453A en la fase F3. Figura 41.

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 15,567A, 10,333A y 17,395A, en la fase F1 (Figura 42), F2(Figura 43) y F3(Figura 44), respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 5,6613A, 3,6154A y 4,8693A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 45.



37/51




38/51



ACTIVIDAD ACADEMICA


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F1 F2 F3


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En Colombia, con la resolución CREG 024 – 2005 realiza una clasificación de los eventos de tensión que afectan la calidad de la potencia, pero no se definen los valores aceptables o tolerables ni la forma de compensarlos en caso de que existan. En este caso el edificio de Eléctrica tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 63112 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3, Figura 46. Tabla 5, Tabla 6 y Tabla 7.



0,031601 83,163 133,28 58,171 58,336 20,024 66,681 10,402






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negativa y la tensión de secuencia positiva # $VV

%

& este debe permanecer por debajo

del 2%.No hubo momentos en los cuales el desbalance superó el 2%.Figura 50.

F1 F2 F3


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44/51


Figura 50. Desbalance # $VV

%

&


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En el edificio de Eléctrica se deben cumplir las siguientes normas de seguridad:








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Además:






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4. CONCLUSIONES


' La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005) se presentaron unas caídas de voltaje de la siguiente manera, el día 30 de agosto a la 1:20 a.m. el voltaje fue de 124,8V cuando cayo a 0V y se recupero a la 1:40 a.m. con un voltaje de 126,74V, el día 02 de septiembre a las 6:00 a.m. el voltaje fue de 125,1V cuando cayo a 0V y se recupero a las 6:20 a.m. con un voltaje de 125,88V y el mismo día 30 a las 4:10 p.m. el voltaje fue de 121,74V cuando cayo a 0V y se recupero a las 4:30 p.m. con un voltaje de 121,52V.

' Existe una probabilidad del 93,254% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 sea superior a 115,26 V, 115,26 V respectivamente y una probabilidad del 95,045% de que el promedio de la tensión en la F3 sea de 116,54V.

' La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 135,40 V, 134,63V y 136,13 V, respectivamente.

' La tensión entre neutro y tierra tuvo variaciones de la siguiente manera desde el 27 al 30 de agosto se mantuvo alrededor de 2V, después tiene una caída hasta 96,99mV y se conservó constante alrededor de 0,2.

' La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 1.9291 V es del 52.480 %.

CORRIENTE:

' La corriente nominal para cada fase es de 303,51 A. En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 155,86 A, 123,48 A y 146,77 A, respectivamente.

' Se observa que las fases tienen un nivel alto de sobrecarga en especial las fases F1 y F3.

' Existe una probabilidad del 83,04%, 86,81% y 83,23 que la corriente promedio sea superior a 24,94 A, 12,47 A y 28,05 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 81,05A, 49,87A y 65,46A y una probabilidad de 10% de sea superior a 138,71A, 93,52A y 123,13A.


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' Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 213,18A, 244,56A y 210,51A, respectivamente.

POTENCIAS:

' En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), hubo un consumo constante de potencia activa, la fase donde se presento el mayor consumo fue en F1 con 17,724 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan entre 3,2-3,5 kW.

' En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 45,034 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante alrededor de 8 kW.

' Existe una probabilidad de 91,37% de que la potencia activa trifásica sea superior a 46,305 kW; una probabilidad de 61,11% de sea superior a 8,556kW y una probabilidad de 20,44% de que sea superior a 36,478kW.

' La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de 2,2564 kVAr y 1,7297 en la fase F1 (azul) y F3 (roja) respectivamente. La F2 tuvo comportamiento capacitivo con valor extremo de 669,94 Var.

' En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta 44,104 kVA dando un factor de utilización de 39.20 %.

' En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 64,165 kVA con un factor de utilización de 57,03 %. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo alrededor de los 20 kVA con un factor de utilización de 17,77%.

' Existe una probabilidad de 30,06% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 32,502 kVA nominales.

' Existe una probabilidad de 78,08% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 19,250 kVA y una probabilidad de 21,13% de que sea superior a 43,633 kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

' Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamiento inductivo aunque hubo periodos de tiempo en los cuales vario bruscamente, la F2 actuó de forma capacitiva la gran parte del tiempo y por ultimo la F3 se comporto de forma inductiva constante.


49/51

' En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso, aunque en algunos momentos fluctuó mucho.

ENERGÍA:

' El consumo de energía activa fue de 3,3863 MWh.

' El consumo de energía reactiva fue 214,62kVArh.


' Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F2 se tuvo el mayor valor extremo de8,035V el día 30 de agosto a las 2:50 a.m. Además, en el intervalo de tiempo desde las 8:00 p.m. hasta las 5:00 a.m. fue donde se superó el límite del 5% en la mayoría de los días de la semana para esta fase.

' La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 2,48%, 17,76%, 2,68% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

' En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 4,8297V, 5,26 V y 4,8297V, respectivamente.

' La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al de Distorsión Armónica Total con valores extremos de 8,0006 V; 9,4653 V y 7,9236 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.


' En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7en la tabla se especifican sus magnitudes .



F1 19,573 A 8,86 A 2,5024A

F2 9,5891A 4,5088 A 1,4626 A

F3 22,947 A 8,8544 A 2,3034A


50/51

' La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 36,097A en la fase F1, 25,335A en la fase F2 y 47,453A en la fase F3.

' La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 15,567A, 10,333A y 17,395A, en la fase F1, F2 y F3, respectivamente.

' La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividad académica con valores de hasta 5,6613A, 3,6154A y 4,8693A para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.


' En este caso el edificio de Eléctrica tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 63112 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3.



0,031601 83,163 133,28 58,171 58,336 20,024 66,681 10,402








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5. RECOMENDACIONES


' Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio.

' Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7.


En el edificio de Eléctrica se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:

' No guardar materiales inflamables en la subestación. ' Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. ' Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección

dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. ' Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal

calificado.


ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN DEL EDIFICIO DE

INDUSTRIAL



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 23 DE FEBRERO HASTA 02 DE MARZO DE 2007




24 de mayo de 2007

PEREIRA

EDIFICIO DE INDUSTRIAL

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Industrial en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el viernes 23 de Febrero de 2007 a la 1:00 p.m. y finalizó a la 1:00pm del 02 de Marzo de 2007.

El edificio de Industrial y el edificio de Mecánica son alimentados por el mismo transformador, el cual tiene las siguientes características:




Tensión de corto circuito = 4,1%

El calibre de la acometida para el edificio de Industrial es 4/0, a temperatura nominal del conductor 75º C THW, su corriente nominal según tabla 310-16 de la NTC 2050 es de I = 230 A.




La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite superior en las horas de la madrugada es decir entre las 12:00 a.m. y las 5:00 a.m. llegando hasta valores máximos de 134,62 V en la fase F3.

Existe una probabilidad del 99,90% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 118,46 V, y una probabilidad del 6,85%, 0,3% y 20,83% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente de que el valor de la tensión supere 131,93V.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 133,85V, 133,20V, 134,96V, respectivamente.

La tensión entre neutro y tierra permaneció la mayor parte del tiempo por encima de 0,2 V y tuvo valores hasta de 2,108 V. Es necesario verificar la conexión física entre el neutro y la tierra entre estos dos conductores.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 100%.


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CORRIENTE:

Los edificios de Mecánica e Industrial son alimentados por el mismo transformador y en la subestación del edificio de Mecánica existe un totalizador de 225 A, a través del cual se alimenta el edificio de Industrial con conductores de calibre 4/0, THW, cuya capacidad de corriente permisible según la Tabla 310-16 de la NTC 2050 es de I = 230 A.

Los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 73,154 A, 81,89 A y 80,195 A, respectivamente.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 8,81 A, 12,37 A y 16,95 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 37,971 A, 39,16 A y 41.707 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 57,136A, 63,578A y 63,07 A.


En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 56,517 A.


Distribución de probabilidad para la corriente en las fases


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POTENCIAS:

La mayor demanda de potencia activa fue en la fase F2 (azul) con valores de 9,682 kW.

La demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de alrededor de 1,8 kW.

El mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 54,674 kW. Existe una probabilidad de 90% de que la potencia activa trifásica total sea superior

a 3,891 kW; una probabilidad de 60,436% de que sea superior a 4,1608 kW y una probabilidad de 19,826% de que sea superior a 19,561 kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 0,874 kVAr en la fase F2 (azul).

La fase F1 (amarillo) y F3 (Rojo) tuvieron un comportamiento muy capacitivo en los momentos de inactividad académica, y un poco inductivo en los momentos de carga entre las 6:00a.m y las 10:00p.m. con valores extremos de -0,290 kVAr y 0,497 kVAr en la fase F1 y -1,116 kVAr y 0,383 kVAr en la fase 3.

La potencia aparente total alcanzó valores de 27,159 kVA dando un factor de utilización de 13,58 %.

La máxima potencia aparente (trifásica) fue de 107,99 kVA con un factor de utilización de 53,995 %.

Existe una probabilidad de 60,317% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 5,432 kVA, una probabilidad de 30,655% de que supere 18,468 kVA y una probabilidad de 10,119% de que supere 22,27 kVA.


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Distribución de probabilidad para la potencia aparente

FACTOR DE POTENCIA:

En los periodos de actividad académica el factor de potencia en la fase F2 descendió hasta 0,46 en atraso, en las fases F1 y F3 el factor de potencia tuvo valores de hasta 0,8 en atraso durante actividad académica y de hasta 0,65 en adelanto durante la noche.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso. En los periodos de receso, el factor de potencia total descendió hasta valores de 0,75 en adelanto.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 1,894 MWh

El consumo de energía reactiva fue -38,874 kVArh


La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv).

En la fase F2 se tuvo el mayor valor extremo de 9,244% el día 02 de Marzo a las 2:50 a.m.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 77,7%, 86,017% y 77,8%, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9.


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En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 6,268 V, 7,048 V y 6,397 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 5 tuvo valores hasta de 10,359 V; 11,585 V y 8,817 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7.

Corrientes armónicas (magnitudes y duración valores promedio)


F1 11,242 A 5,369 A 2,112 A

F2 7,5148 A 5,369 A 1,678 A

F3 9,624 A 5,677 A 2,576 A


Ocurrieron 964 551 eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración en las fases F1, F2 y F3.

Sucedieron 6 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentó 1 dips fuera de la incumbente para cada fase F1, F2 y F3

DESBALANCES DE TENSIÓN: Hubo tan solo un momento en el cual el desbalance superó el 2%, con un valor

máximo de 2,4% el 23 de Febrero a las 6:30 p.m.

RECOMENDACIONES


Instalar un transformador independiente, pues muchos de los eventos que suceden pueden ocurrir por causa de las cargas del Edificio de Mecánica.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7. Verificar el estado de las conexiones de los conductores ya que pueden ser una de

las causas de los eventos de tensión (sobretensiones y huecos). Verificar la conexión física entre los conductores de neutro y tierra. Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de

tensión. Realizar una canalización del cableado de energía en la subestación.


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Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección

dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. No destinar el cuarto de la subestación como bodega o “apartamento” para el

personal de vigilancia. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado.



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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 2 1. DEFINICIONES........................................................................................................... 10 2. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................. 10 3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................. 11 4. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO....................................................................... 13 5. REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ......................................................... 14





LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 11 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 14 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 31 Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 37 Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico............................. 41 Tabla 6. Interrupciones de corta duración. ........................................................................... 41

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas ......................................................................... 12 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 15 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 15 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 16 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 16 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 17 Figura 7. Corrientes promedio en las fases .......................................................................... 18 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 19 Figura 9. Corriente máxima por la fase F1........................................................................... 19 Figura 10. Corriente máxima por la fase F2......................................................................... 20 Figura 11. Corriente máxima por la fase F3......................................................................... 20


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Figura 12. Corriente promedio en el neutro ......................................................................... 21 Figura 13. Corriente máxima en el neutro............................................................................ 21 Figura 14. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 23 Figura 15. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 23 Figura 16. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 24 Figura 17. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 24 Figura 18. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 25 Figura 19. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 25 Figura 20. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 26 Figura 21. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)......... 26 Figura 22. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 27 Figura 23. Factor de potencia F1.......................................................................................... 28 Figura 24. Factor de potencia F2.......................................................................................... 28 Figura 25. Factor de potencia F3.......................................................................................... 29 Figura 26. Factor de potencia total ....................................................................................... 29 Figura 27. Energía activa...................................................................................................... 30Figura 28. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 31 Figura 29. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 32 Figura 30. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 33 Figura 31. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 33 Figura 32. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 34 Figura 33. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 34 Figura 34. Tensión armónica de orden 3. ............................................................................. 35 Figura 35. Tensión armónica de orden 5 .......................................................................... 35 Figura 36 Tensión armónica de orden 7 ............................................................................... 36 Figura 37 Tensión armónica de orden 9 ............................................................................... 36 Figura 38. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 37 Figura 39. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 38 Figura 40. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 38 Figura 41. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 39 Figura 42. Corriente armónica de orden 5............................................................................ 39 Figura 43. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 40 Figura 44. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA para F1............................ 41 Figura 45. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA para F2............................ 42 Figura 46. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA para F3............................ 42 Figura 47. Huecos de tensión (dips) e interrupción en las fases F1, F2 y F3..................... 43 Figura 48. Tensión de secuencia cero................................................................................... 44 Figura 49. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 45 Figura 50. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 45


V

!

".................................................................................................. 46


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1. DEFINICIONES





kVAFu

kVA#

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red








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Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en la acometida de la subestación del edificio de Industrial. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y la subestación.


SUBESTACIÓN CANALES

ANALIZADOR

INDUSTRIAL Tensión Corriente

Fase I (F1) 1 5

Fase II (F2) 2 6

Fase III (F3) 3 7

Neutro 4 8

Periodo de medición:Inicio: Viernes 23 de Febrero de 2007 a la 1:00 p.m. Parada: Viernes 02 de Marzo de 2007 a la 1:00 p.m.



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F1

F2

F3

Medida en el neutro y en la tierra


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TRANSFORMADOR:

El edificio de Industrial y el edificio de Mecánica son alimentados por el mismo transformador, el cual tiene las siguientes características:





ACOMETIDA:

El calibre de la acometida para el edificio de Industrial es 4/0, a temperatura nominal del conductor 75 ºC THW, su corriente nominal según tabla 310-16 de la NTC 2050 es de I = 230 A.




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208 V 187,2V 228,8 V 120 V 108 V 132 V


La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite superior en las horas de la madrugada es decir entre las 12:00 a.m. y las 5:00 a.m. llegando hasta valores de 134,62 V en la fase F3, Figura 2.

Se observa una interrupción del suministro de energía con duración de 10 minutos el viernes 2 de Marzo de 2007 a las 6:50 a.m.

Existe una probabilidad del 99,90% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 118,46 V, y una probabilidad del 6,85%, 0,3% y 20,83% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente de que el valor de la tensión supere 131,93V. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 133,85V, 133,20V, 134,96V, respectivamente. Figura 4

La tensión entre neutro y tierra permaneció la mayor parte del tiempo por encima de 0,2 V y tuvo valores hasta de 2,108 V. Figura 5. Es necesario verificar que exista una correcta conexión entre el neutro y la tierra en la subestación.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 100%. Figura 6


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 555,14 A según la placa del transformador; sin embargo, el transformador también alimenta el edificio de Mecánica y en la subestación de este edificio existe un totalizador de 225 A, a través del cual se alimenta el edificio de Industrial con conductores de calibre 4/0, THW, cuya capacidad de corriente permisible según la Tabla 310-16 de la NTC 2050 es de I= 230 A.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 73,154 A, 81,89 A y 80,195 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 17 A.

Se observa que las fases tienen un nivel balanceado de carga. Figura 7

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 8,81 A, 12,37 A y 16,95 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 37,971 A, 39,16 A y 41.707 A y una probabilidad de 10% de sea superiora 57,136 A, 63,578 A y 63,07 A. Figura 8


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Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 260,76 A, 328,78 A y 248,27 A, respectivamente, Figura 9, Figura 10 y Figura 11.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 56,517 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro presentó valores alrededor de 9 A. Figura 12

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 138,895 A. Figura 13.


Periodoacadémico


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En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), el consumo de potencia activa fue similar para las tres fases, la mayor demanda de potencia activa fue en la fase F2 (azul) con valores de 9,682 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de alrededor de 1,8 kW. Figura 14

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 54,674 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo constante total con valor aproximado de 26,1 kW, Figura 15

Existe una probabilidad de 90% de que la potencia activa trifásica total sea superior a 3,891 kW; una probabilidad de 60,436% de que sea superior a 4,161 kW y una probabilidad de 19,826% de que sea superior a 19,561 kW, Figura 16

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 0,874 kVAr en la fase F2 (azul). La fase F1 (amarillo) y F3 (Rojo) tuvieron un comportamiento muy capacitivo en los momentos de inactividad académica, y un poco inductivo en los momentos de carga entre las 6:00a.m y las 10:00p.m. con valores extremos de -0,290 kVAr y 0,497 kVAr en la fase F1 y -1,116 kVAr y 0,383 kVAr en la fase 3. Figura 17.

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores de hasta 27,159 kVA dando un factor de utilización de 13,58 %, Figura 18.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de 107,99 kVA con un factor de utilización de 53,995 %. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo aproximadamente en 75,75 kVA con un factor de utilización de 22,22%, Figura 20.

%995,53100*200

99,107%100*max ###

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

Existe una probabilidad de 60,317% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 5,432 kVA, una probabilidad de 30,655% de que supere 18,468 kVA y una probabilidad de 10,119% de que supere 22,27 kVA, Figura 19.

Existe una probabilidad de 81,4% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 30,238 kVA y una probabilidad de 49,24% de que sea superior a 74 kVA. Figura 21


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Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. En los periodos de actividad académica el factor de potencia en la fase F2 descendió hasta 0,46 en atraso, en las fases F1 y F3 el factor de potencia tuvo valores de hasta 0,8 en atraso durante actividad académica y de hasta 0,65 en adelanto durante la noche, Figura 22, Figura 23, Figura 24 y Figura 25.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso. En los periodos de receso, el factor de potencia total descendió hasta valores de 0,75 en adelanto, Figura 26.



28/53




29/53




30/53

5.5 ENERGÍA




1,894 MVArh


31/53


El consumo de energía reactiva fue -38,874 kVArh, Figura 28.







2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

$# %&

-38,874 kVArh

F1F2F3SUMA


32/53

La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en la fase F2 se tuvo el mayor valor extremo de 9,244% el día 02 de Marzo a las 2:50 a.m. Figura 29

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 77,7%, 86,017% y 77,8%, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente, Figura 30.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y F3 fue de 6,268 V, 7,048 V y 6,397 V, respectivamente, Figura 31, Figura 32 y Figura 33.

La tensión armónica de orden 3 presentó valores de 7,2 V, 6,72 V y 6,497 V en las fases, Figura 34

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento en el cual tuvo valores extremos de 10,359 V; 11,585 V y 8,817 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Figura 35

La tensión armónica de orden 9 presentó valores de 2,47 V, 2,29 V y 2,31 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

Se encuentran un valor de cero que se asocia con el momento en que hubo interrupción del suministro eléctrico.



33/53



F1F2F3


34/53




35/53





36/53






37/53


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7, Figura 38, Figura 39 y Figura 40 y en la Tabla 4 se especifican sus magnitudes.



F1 11,242 A 5,369 A 2,112 A

F2 7,5148 A 5,369 A 1,678 A

F3 9,624 A 5,677 A 2,576 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 23,7 A en la fase F1, 14,82 A en la fase F2 y 22.126 A en la fase F3. Figura 41

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 10,54A, 9,84A y 10,677A, en la fase F1, F2 y F3 respectivamente. En los periodos de receso la corriente armónica de orden 5 fluctuó entre 1,3 A y 4,0 A. Figura 42.




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ACTIVIDAD ACADEMICA


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debe estar dentro del rango de 132120108 '' VV V.

Para el análisis de esta medición hecha con el analizador Topas 1000 se utiliza la clasificación de eventos de la curva CBEMA, en la cual en un sistema coordenado se traza el porcentaje de variación de la tensión nominal respecto a la duración del evento, los valores que están por fuera de la incumbente superior o los que estén por debajo de la incumbente inferior son los que podrían ser más perjudiciales para los equipos electrónicos.

De acuerdo a la curva CBEMA se presentaron los siguientes eventos, Figura 44, Figura 45 y Figura 46 :


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Sucedieron 6 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentó 1 dips fuera de la incumbente para cada fase F1, F2 y F3, Figura 47, Tabla 5.

En las tres fases se presentaron tres (3) interrupciones de corta duración. Tabla 6

Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico.

FASE DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)F1 308,37 73,165 F2 300,04 72,581

Tabla 6. Interrupciones de corta duración.

FASE DURACIÓN (ms) MAGNITUD (% VN) 1 2 3 1 2 3F1 6,163 2,051 55,730 0,047 0,044 0,054 F2 2,051 6,163 55,730 0,058 0,043 0,048 F3 2,043 6,171 55,722 0,063 0,054 0,072

Figura 44. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA para F1

Sobre tensiones de corta y larga duración


42/53






43/53

Figura 47. Huecos de tensión (dips) e interrupción en las fases F1, F2 y F3




!

" y debe permanecer por debajo

del 2%. Hubo tan solo un momento en el cual el desbalance superó el 2%, con un valor máximo de 2,4% el 23 de Febrero a las 6:30 p.m. Figura 51.

Dips peligrosos para los equipos electrónicos en F1 y F2

Interrupciones de tensión en las tres fases.


44/53



45/53




46/53


V

!

"

2%


47/53


En el edificio de Industrial se incumplen las siguientes normas de seguridad:


110-16. Espacio alrededor de los equipos eléctricos (para 600 V nomínales o menos). Alrededor de todos los equipos eléctricos debe existir y se debe mantener un espacio de acceso y de trabajo suficiente que permita el funcionamiento y el mantenimiento fácil y seguro de dichos equipos. a) Espacio de trabajo. Excepto si se exige o se permite otra cosa en este código, lamedida del espacio de trabajo para equipos que funcionen a 600 V nominales o menos a tierra y que pueden requerir examen, ajuste, servicio o mantenimiento mientras están energizados, debe cumplir con:





2) Mediante muros adecuados, sólidos y permanentes o pantallas dispuestas de modo que al espacio cercano a las partes energizadas sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o


48/53

estar situada de modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.



Además:





Acceso vigilante.

Materialinflamable


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Accesovigilante.

Materialesinflamables Instalaciones


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7. CONCLUSIONES


La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una mayor tendencia hacia el límite superior en las horas de la madrugada es decir entre las 12:00 a.m. y las 5:00 a.m. llegando hasta valores máximos de 134,62 V en la fase F3.

Existe una probabilidad del 99,90% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 118,46 V, y una probabilidad del 6,85%, 0,3% y 20,83% en las fases F1, F2 y F3 respectivamente de que el valor de la tensión supere 131,93V.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 133,85V, 133,20V, 134,96 V, respectivamente.

La tensión entre neutro y tierra permaneció la mayor parte del tiempo por encima de 0,2 V y tuvo valores hasta de 2,108 V. Es necesario verificar la conexión física entre el neutro y la tierra entre estos dos conductores.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 100%.

CORRIENTE:

Los edificios de Mecánica e Industrial son alimentados por el mismo transformador y en la subestación del edificio de Mecánica existe un totalizador de 225 A, a través del cual se alimenta el edificio de Industrialcon conductores de calibre 4/0, THW, cuya capacidad de corriente permisible según la Tabla 310-16 de la NTC 2050 es de I = 230 A.

Los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 73,154 A, 81,89 A y 80,195 A, respectivamente.

Existe una probabilidad de 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 8,81 A, 12,37 A y 16,95 A. Existe una probabilidad de 40% de que sea superior a 37,971 A, 39,16 A y 41.707 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 57,136A, 63,578A y 63,07 A.





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POTENCIAS:

La mayor demanda de potencia activa fue en la fase F2 (azul) con valores de 9,682 kW.

La demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores de alrededor de 1,8 kW.


Existe una probabilidad de 90% de que la potencia activa trifásica total sea superior a 3,891 kW; una probabilidad de 60,436% de que sea superior a 4,161 kW y una probabilidad de 19,826% de que sea superior a 19,561 kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores hasta de 0,874 kVAr en la fase F2 (azul).

La fase F1 (amarillo) y F3 (Rojo) tuvieron un comportamiento muy capacitivo en los momentos de inactividad académica, y un poco inductivo en los momentos de carga entre las 6:00 a.m y las 10:00 p.m. con valores extremos de -0,290 kVAr y 0,497 kVAr en la fase F1 y -1,116 kVAr y 0,383 kVAr en la fase 3.

La potencia aparente total alcanzó valores de 27,159 kVA dando un factor de utilización de 13,58 %.

La máxima potencia aparente (trifásica) fue de 107,99 kVA con un factor de utilización de 53,995 %.

Existe una probabilidad de 60,317% de que la potencia aparente total (trifásica) supere los 5,432 kVA, una probabilidad de 30,655% de que supere 18,468 kVA y una probabilidad de 10,119% de que supere 22,27 kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

En los periodos de actividad académica el factor de potencia en la fase F2 descendió hasta 0,46 en atraso, en las fases F1 y F3 el factor de potencia tuvo valores de hasta 0,8 en atraso durante actividad académica y de hasta 0,65 en adelanto durante la noche.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encima de 0,9 en atraso. En los periodos de receso, el factor de potencia total descendió hasta valores de 0,75 en adelanto.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 1,894 MWh

El consumo de energía reactiva fue -38,874 kVArh


La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv).


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En la fase F2 se tuvo el mayor valor extremo de 9,244% el día 02 de Marzo a las 2:50 a.m.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 77,7%, 86,017% y 77,8%, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las

fases F1, F2 y F3 fue de 6,268 V, 7,048 V y 6,397 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 5 tuvo valores hasta de 10,359 V; 11,585 V y 8,817 V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente.


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5 y 7.

Corrientes armónicas (magnitudes y duración valores promedio)


F1 11,242 A 5,369 A 2,112 A

F2 7,5148 A 5,369 A 1,678 A

F3 9,624 A 5,677 A 2,576 A



Sucedieron 6 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentó 1 dips fuera de la incumbente para cada fase F1, F2 y F3

Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico.

FASE DURACIÓN (ms) DIPS (%VN)F1 308,37 73,165 F2 300,04 72,581

En las tres fases se presentaron tres (3) interrupciones de corta duración.

Interrupciones de corta duración.

FASE DURACIÓN (ms) MAGNITUD (% VN) 1 2 3 1 2 3F1 6,163 2,051 55,730 0,047 0,044 0,054 F2 2,051 6,163 55,730 0,058 0,043 0,048 F3 2,043 6,171 55,722 0,063 0,054 0,072



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Hubo tan solo un momento en el cual el desbalance superó el 2%, con un valor máximo de 2,4% el 23 de Febrero a las 6:30 p.m.

8. RECOMENDACIONES


Instalar un transformador independiente, pues muchos de los eventos que suceden pueden ocurrir por causa de las cargas del Edificio de Mecánica.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7. Verificar el estado de las conexiones de los conductores ya que pueden ser

una de las causas de los eventos de tensión (sobretensiones y huecos). Verificar la conexión física entre los conductores de neutro y tierra. Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los

eventos de tensión. Realizar una canalización del cableado de energía en la subestación.


En el edificio de Industrial se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. No destinar el cuarto de la subestación como bodega o “apartamento” para el

personal de vigilancia. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal

calificado.


ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN EL SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR DE

200 KVA, EN EL EDIFICIO DE MECÁNICA.



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 04 DE JULIO De 9:30 a.m. a 5:30 p.m.

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O. DAYANA PELÁEZ



Agosto 2007

PEREIRA

EDIFICIO DE MECÁNICA

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en el secundario del transformador que alimenta los edificios de Mecánica e Industrial de la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el miércoles 4 de Julio a partir de las 9:30 a.m. y finalizó el mismo día a las 5:30 p.m.






El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Mecánica.






La tensión entre neutro y tierra permaneció, durante todo el periodo de medida, por encima de 0,2 V y tuvo valores que partían de 1,306 hasta de 4,115 V.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 555,14 A según placa del transformador.

Los valores máximos de corriente promedio fueron de 137,82 A, 127,21 A, 134,58 A en las fases F1, F2 y F3, respectivamente, notándose la fase F1 como la más cargada y la fase F2 como la menos cargada.


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Existe una probabilidad del 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 44,275 A, 45,796 A y 43,895 A. Existe una probabilidad del 50% de que sea superior a 76,028 A, 63,1 A y 65,761 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 134,4A, 122,42 A y 124,89 A.


El mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 45,087 A; en el periodo de receso, el menor valor de corriente fue de 22,638 A.





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POTENCIAS:

La potencia activa promedio tuvo valores máximos de 12,032 kW, este valor fue similar en las horas de la mañana como en las de la tarde. En el intervalo de 12:00 m. a 2:00 p.m. tiempo en el cual ninguna de las máquinas estuvo funcionando, el valor de la potencia activa promedio fue aproximadamente 4,5 kW. El consumo fue similar para las tres fases.

La suma de la potencia activa promedio en las tres fases, arrojó valores máximos de hasta 34,261 kW y valores mínimos de 13,572 kW.

Existe una probabilidad en la medida, de 89,91% de que la potencia activa trifásica sea superior a 14,763 kW; una probabilidad de 59,94% de que sea superior a 21,894 kW y una probabilidad de 20,1% de que sea superior a 32,089 kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo en la medida de las tres fases con valores hasta de 12,556 kVAr en la fase F1, 11,361 kVAr en la fase F2 y 11,657 kVAr en la fase F3. El intervalo de la medición entre las 12:00 m. y las 2:00 p.m. tuvo un consumo de energía reactiva alrededor de 500 VAr.

En la medida, la potencia aparente total promedio alcanzó valores de hasta 49,457kVA dando un factor de utilización de 24,729 % y valores total máximos de 98,586kVA proporcionando un factor de utilización de 49,293 kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso.

La medida permite observar que en el momento en que las máquinas están encendidas el factor de potencia en las tres fases decrece hasta llegar a valores de 0,679 en atraso en la fase F1, 0,656 en la fase F2 y 0,66 en la fase F3. Para las tres fases, en el momento en que se encuentran apagadas las máquinas, se tiene un valor alrededor de 0,95 en atraso.

El factor de potencia total disminuyó hasta 0,68 en atraso en los momentos en que las máquinas estaban funcionando. En el momento en que las máquinas pararon, el factor de potencia total se estabilizó en un valor de 0,95 en atraso.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 188,84 kWh. El consumo de energía reactiva fue 112,68 kVArh.


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Los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv). La fase F2 fue la que presentó mayor sobrepaso y también la que permaneció la mayor parte del tiempo por encima de este. El valor más alto se obtuvo a las 1:00 p.m. con una magnitud de 9,169 V en la fase F2.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 2,08%, y 25% para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

Los armónicos de mayor orden presentes en el sistema analizado fueron el 3, 5, 7, 9 y 11. Los cuales se relacionan su magnitud en la siguiente tabla.

Magnitud de armónicos de tensión. Orden armónico %.

Fases 3 5 7 9 11

F1 0,223 V 4,492 V 1,021 V 0,165 V 0,408 V

F2 1,908 V 4,89 V 0,868 V 0,473 V 0,714 V

F3 0,393 V 4,781 V 0,832 V 0,263 V 0,528 V

La tensión armónica de orden 3 presentó valores de 5,388 V en la fase F2, que es la que más aporta a la distorsión de tensión, éste valor se presentó a las 1:00 p.m.

La magnitud del 5 armónico se incrementa en las tres fases, en el periodo en el cual las máquinas se encuentran apagadas, con valores que llegan hasta 6,032 V; 7,237 V y 6,49 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

La tensión armónica de orden 7 obtuvo valores de hasta 1,291 V; 1,225 V y 1,094 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

Se puede observar que es la fase 2 la que mayor distorsión armónica presenta, teniendo valores de 1,045 V en el armónico 9 y 1,201 V en el armónico 11, mientras los valores de las fases F1 y F3 se encuentran alrededor de los 500 mV, para los armónicos mencionados.


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En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7 y 9 se especifica su magnitud en la siguiente tabla.

Corrientes armónicas.

Orden armónico %Fases 3 5 7 9

F1 12,745 A 5,929 A 1,668 A 2,022 A

F2 12,94 A 3,981 A 1,455 A 1,628 A

F3 9,493 A 4,918 A 1,341 A 1,56 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo actividad en el taller hasta valores de 18,8 A en la fase F1, 16,776 A en la fase F2 y 12,078 A en la fase F3.

La corriente armónica de orden 5 se presenta en el momento en el cual las máquinas no están funcionando, alcanzando los 8,728 A, 5,306 A y 7,645 A, para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 tiene su más alto valor a las 3:40 p.m. momento en el cual las maquinas están terminando de apagarse. El valor para la fase F1 es 2,391 A, 1,761 A para la fase F2 y 1,981 A para la fase 3.


Ocurrieron 200 870 eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración. Ocurrieron 29 004 Dips, de ellos 12 se encuentran por debajo de la incumbente

inferior, por lo cual son peligrosos para los dispositivos electrónicos.


Hubo algunos momentos en los cuales el desbalance superó el 2%, con un valor máximo de 5,2% a las 1:00 p.m.


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RECOMENDACIONES


Tener un transformador independiente con capacidad de suplir el área de soldadores, pues el cortocircuito que se produce al realizar un proceso de soldadura afecta la forma de onda de tensión y de corriente produciendo armónicos y eventos de tensión, que afectan los equipos electrónicos.

Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio. Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7. Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos de

tensión. Realizar una canalización del cableado de energía y separar los circuitos de

comunicación de los circuitos de alta tensión.


En el edificio de Mecánica se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:

Mediante muros sólidos y permanentes o pantallas adecuar el espacio de trabajo o subestación de tal forma que sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o estar situada de modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.

No guardar materiales inflamables en la subestación. Actualizar planos eléctricos. Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección




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TABLA DE CONTENIDO




5.6 TENSIONES ARMÓNICAS ............................................................................... 26 5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS ............................................................................ 33 5.8 EVENTOS DE TENSIÓN ................................................................................... 36 5.9 DESBALANCE DE TENSIÓN ........................................................................... 37


LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 11 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 13 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 26 Tabla 4. Magnitud de armónicos de tensión......................................................................... 27 Tabla 5. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 33

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Instalación del Topas ............................................................................................ 12 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 14 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 14 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 15 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 15 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 16 Figura 7. Corrientes promedio en las fases .......................................................................... 17 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 17 Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 18 Figura 10. Corriente promedio en el neutro ......................................................................... 18 Figura 11. Corriente máxima en el neutro............................................................................ 19 Figura 12. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 20


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Figura 13. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 21 Figura 14. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 21 Figura 15. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 22 Figura 16. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 22 Figura 17. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 23 Figura 18. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 23 Figura 19. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 24 Figura 20. Factor de potencia total ....................................................................................... 25 Figura 21. Energía activa...................................................................................................... 25Figura 22. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 26 Figura 23. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 28 Figura 24. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 28 Figura 25. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 29 Figura 26. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 29 Figura 27. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 30 Figura 28. Tensión armónica de orden 3. ............................................................................. 30 Figura 29. Tensión armónica de orden 5. ............................................................................. 31 Figura 30. Tensión armónica de orden 7. ............................................................................. 31 Figura 31. Tensión armónica de orden 9 .............................................................................. 32 Figura 32.Tensión armónica de orden 11. ............................................................................ 32 Figura 33. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 33 Figura 34. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 34 Figura 35. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 34 Figura 36. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 35 Figura 37. Corriente armónica de orden 5............................................................................ 35 Figura 38. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 36 Figura 39. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA......................................... 37 Figura 40. Tensión de secuencia cero................................................................................... 38 Figura 41. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 38 Figura 42. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 39


V

!

".................................................................................................. 39


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1. DEFINICIONES





kVAFu

kVA#

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red








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ANALIZADOR

TPL Tensión Corriente

Fase I 1 5

Fase II 2 6

Fase III 3 7

Neutro 4 8

Periodo de medición:Inicio: Miércoles 4 de julio de 2007 a las 9:30 a.m. Parada: Miércoles 4 de julio de 2007 a las 5:30 p.m.



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Figura 1. Instalación del Topas


TRANSFORMADOR:







Nota: En dos ocasiones se intento realizar la conexión del Topas dentro del edificio de Mecánica y no se pudieron tomar medidas aceptables debido a la conexión inadecuada por falta de planos de las instalaciones. Así pues esta medición se realizó en el exterior del edificio de Mecánica, y duró solo un día para no exponer la integridad del analizador de redes estando al intemperie; sin embargo, este análisis permite visualizar las fallas, en cuanto a calidad de energía, más relevantes que suceden en estas instalaciones.


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LÍMITE INFERIOR (90% VN)

LÍMITE SUPERIOR (110% VN)

208 V 187,2V 228,8 V 120 V 108 V 132 V

En la Figura 2, aparecen las tensiones de fase el periodo de medida. La tensión en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), con una tendencia hacia el límite inferior especialmente en la fase F2.

Se nota la disminución en el valor de la tensión en el momento cuando entra la carga y durante el tiempo que esta se mantiene. La fase F2 presenta un valor mínimo de 110 V, aunque bajo no pasa el límite inferior dado por la norma. Figura 2.

Aunque la probabilidad sea de la medida de un solo día se puede afirmar que existió una probabilidad del 90,57% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 126 V, 115,78 V y 124,18 V, respectivamente. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 134,07 V, 126,69 V y 131,76 V, respectivamente. Figura 4

La tensión entre neutro y tierra permaneció por encima de 0,2 V y tuvo valores hasta de 4,115 V. Figura 5.

El 100% de los valores de la medida de la tensión por el neutro, estuvieron por encima de 1,306 V. Figura 6.


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 555,14 A según la placa del transformador.

Se observa en la Figura 7 el incremento de corriente en las fases desde las 9:30 a.m., momento de la conexión del registrador, y también momento en que se empiezan a conectar las diferentes máquinas ubicadas en el taller del edificio de mecánica hasta las 11:00 a.m. hora en la cual una parte de la maquinaria es desconectada, para finalizar la desconexión de las máquinas a las 12:00 m. Después de las 2:20 p.m. se inicializan nuevamente cada una de las máquinas y se nota nuevamente el incremento en la magnitud de la corriente hasta las 3:30 p.m. que es el tiempo en que se empieza a apagar cada una de ellas.

Los valores máximos de corriente promedio fueron de 137,82 A, 127,21 A, 134,58 A en las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Se observa entonces la fase F1 como la más cargada y la fase F2 como la menos cargada. Figura 7.

Existe una probabilidad del 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 44,275 A, 45,796 A y 43,895 A. Existe una probabilidad del 50% de que sea superior a 76,028 A, 63,1 A y 65,761 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 134,4A, 122,42 A y 124,89 A. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 244,84 A, 261,24 A y 268,15 A, respectivamente. Figura 9.

1,306 V


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El mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 45,087 A; en el periodo de receso, el menor valor de corriente fue de 22,638 A. Figura 10





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Durante el periodo en el cual las máquinas estuvieron funcionando la potencia activa promedio tuvo valores máximos de 12,032 kW, este valor fue similar en las horas de la mañana como en las de la tarde. En el intervalo de 12:00 m. a 2:00 p.m., tiempo en el cual ninguna de las máquinas estuvo funcionando, el valor de la potencia activa promedio fue aproximadamente 4,5 kW. El consumo fue similar en las tres fases. Figura 12

La suma de la potencia activa promedio en las tres fases, arrojó valores máximos de hasta 34,261 kW y valores mínimos de 13,572 kW en el medio día.

Existe una probabilidad en la medida, de 89,91% que la potencia activa trifásica sea superior a 14,763 kW; una probabilidad de 59,94% de que sea superior a 21,894 kW y una probabilidad de 20,1% de que sea superior a 32,089 kW, Figura 14

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo en la medida de las tres fases con valores hasta de 12,556 kVAr en la fase F1 (amarilla), 11,361 kVAr en la fase F2 (azul) y 11,657 kVAr en la fase F3 (roja). El intervalo de la medición entre las 12:00 m. y las 2:00 p.m. tuvo un consumo de energía reactiva alrededor de 500 VAr. Figura 15.

En la medida, la potencia aparente total promedio alcanzó valores de hasta 49,457kVA dando un factor de utilización de 24,729% Figura 16 y valores totales máximosde 98,586 kVA proporcionando un factor de utilización de 49,293%, Figura 18.


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%293,49100*200

586,98%100*max ###

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

En la medida no existe probabilidad de que la potencia aparente total trifásica supere los 200 kVA nominales del transformador “Debe tenerse en cuenta que aunque las

maquinas estaban encendidas no tenían mayor esfuerzo mecánico que el de su propio

eje, además los soldadores estaban encendidos pero no se llevo a cabo ningún

proceso de soldadura durante el periodo de medición, por lo cual el factor de

utilización del transformador, en condiciones de funcionamiento normal del taller, debe superar el aquí expuesto”. Figura 17.



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Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. La medida permite observar que en el momento en que las máquinas están encendidas el factor de potencia en las tres fases decrece hasta llegar a valores de 0,679 en atraso en la fase F1 (amarilla), 0,656 en la fase F2 (azul) y 0,66 en la fase F3 (roja). Para las tres fases, en el momento en que se encuentran apagadas las máquinas, se tiene un valor alrededor de 0,95 en atraso. Figura 19.

El factor de potencia total disminuyó hasta 0,68 en atraso en los momentos en que las máquinas estaban funcionando. En el momento en que las máquinas pararon, el factor de potencia total se estabilizó en un valor de 0,95 en atraso, Figura 20.



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5.5 ENERGÍA


El consumo de energía activa fue de 188,84 kWh, Figura 21.


188,84 kWh

F1F2F3SUMA


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2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

$# %&

112,68 kVArh

F1F2F3SUMA


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Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv). La fase F2 (azul) fue la que presentó mayor sobrepaso y también la que permaneció la mayor parte del tiempo por encima de este. El valor más alto se obtuvo a las 1:00 p.m. con una magnitud de 9,169 V en la fase F2. Figura 23.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 25% y 2,08%, para las fases F1, F2 y F3 respectivamente, Figura 24.

Los armónicos de mayor orden presentes en el sistema analizado fueron el 3, 5, 7, 9 y 11. Los cuales se relacionan en magnitud en la Tabla 4 y se representan en la Figura 25, Figura 26 y Figura 27.

Tabla 4. Magnitud de armónicos de tensión.

Orden armónico %.Fases 3 5 7 9 11

F1 0,223 V 4,492 V 1,021 V 0,165 V 0,408 V

F2 1,908 V 4,89 V 0,868 V 0,473 V 0,714 V

F3 0,393 V 4,781 V 0,832 V 0,263 V 0,528 V

La tensión armónica de orden 3 presentó valores de 5,388 V en la fase F2 (azul), que es la que más aporta a la distorsión de tensión, éste valor se presentó a la 1:00 p.m. Figura 28.

La magnitud del 5 armónico se incrementa, en las tres fases, en el periodo en el cual las máquinas se encuentran apagadas, con valores que llegan hasta 6,032 V; 7,237 V y 6,49 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 29

La tensión armónica de orden 7 obtuvo valores de hasta 1,291 V; 1,225 V y 1,094 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 30

Se puede observar que es la fase 2 la que mayor distorsión armónica presenta, teniendo valores de 1,045 V en el armónico 9 y 1,201 V en el armónico 11, mientras los valores de las fases F1 y F3 se encuentran alrededor de los 500 mV, para los armónicos mencionados, Figura 31 y Figura 32, respectivamente.


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F1F2F3

F1F2F3


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Figura 32.Tensión armónica de orden 11.


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En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7 y 9, Figura 33, Figura 34, Figura 35 y en la Tabla 5 se especifican sus magnitudes.


Orden armónico%Fases 3 5 7 9

F1 12,745 A 5,929 A 1,668 A 2,022 A

F2 12,94 A 3,981 A 1,455 A 1,628 A

F3 9,493 A 4,918 A 1,341 A 1,56 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo actividad en el taller hasta valores de 18,8 A en la fase F1, 16,776 A en la fase F2 y 12,078 A en la fase F3. Figura 36

La corriente armónica de orden 5 se presenta en el momento en el cual las máquinas no están funcionando, alcanzando los 8,728 A, 5,306 A y 7,645 A, para las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Figura 37.

La corriente armónica de orden 7 tiene su más alto valor a las 3:40 p.m. momento en el cual las máquinas están terminando de apagarse. El valor para la fase F1 es 2,391A, 1,761 A para la fase F2 y 1,981 A para la fase 3. Figura 38



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debe estar dentro del rango de VVV 132120108 ''

Para el análisis de esta medición hecha con el analizador Topas 1000 se utiliza la clasificación de eventos de la curva CBEMA, en la cual en un sistema coordenado se traza el porcentaje de variación de la tensión nominal respecto a la duración del evento, los valores que están por fuera de la incumbente superior o los que estén por debajo de la incumbente inferior son los que podrían ser más perjudiciales para los equipos electrónicos. De acuerdo a la curva CBEMA se presentaron los siguientes eventos:

Ocurrieron 200 870 eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración. Ocurrieron 29 004 Dips, de ellos 12 se encuentran por debajo de la incumbente inferior, por lo cual son peligrosos para los dispositivos electrónicos. Figura 39


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5.9 DESBALANCE DE TENSIÓN



!


del 2%. Hubo algunos momentos en los cuales el desbalance superó el 2%, con un valor máximo de 5,2% a las 1:00 p.m. Figura 43.

Dips peligrosos para dispositivos electrónicos.


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V

!

"

2%


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En el edificio de Mecánica se incumplen las siguientes normas de seguridad:







2) Mediante muros adecuados, sólidos y permanentes o pantallas dispuestas de modo que al espacio cercano a las partes energizadas sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o


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estar situada de modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.



Además:





Abertura del gabinete inferior a 90°


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Espacio de trabajo reducido, lo que produce movimientos peligrosos

Material inflamable

No se tiene un espacio cerrado para la subestación. Actualmente se utiliza el área como bodega.


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7. CONCLUSIONES






La tensión entre neutro y tierra permaneció, durante todo el periodo de medida, por encima de 0,2 V y tuvo valores que partían de 1,306 hasta de 4,115 V.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 555,14 A según placa del transformador.

Los valores máximos de corriente promedio fueron de 137,82 A, 127,21 A, 134,58 A en las fases F1, F2 y F3, respectivamente, notándose la fase F1 como la más cargada y la fase F2 como la menos cargada.

Existe una probabilidad del 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 sea superior a 44,275 A, 45,796 A y 43,895 A. Existe una probabilidad del 50% de que sea superior a 76,028 A, 63,1 A y 65,761 A y una probabilidad de 10% de sea superior a 134,4A, 122,42 A y 124,89 A.


El mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 45,087 A; en el periodo de receso, el menor valor de corriente fue de 22,638 A.



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POTENCIAS:

La potencia activa promedio tuvo valores máximos de 12,032 kW, este valor fue similar en las horas de la mañana como en las de la tarde. En el intervalo de 12:00 m. a 2:00 p.m. tiempo en el cual ninguna de las máquinas estuvo funcionando, el valor de la potencia activa promedio fue aproximadamente 4,5 kW. El consumo fue similar para las tres fases.

La suma de la potencia activa promedio en las tres fases, arrojó valores máximos de hasta 34,261 kW y valores mínimos de 13,572 kW.

Existe una probabilidad en la medida, de 89,91% de que la potencia activa trifásica sea superior a 14,763 kW; una probabilidad de 59,94% de que sea superior a 21,894 kW y una probabilidad de 20,1% de que sea superior a 32,089 kW.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo en la medida de las tres fases con valores hasta de 12,556 kVAr en la fase F1, 11,361 kVAr en la fase F2 y 11,657 kVAr en la fase F3. El intervalo de la medición entre las 12:00 m. y las 2:00 p.m. tuvo un consumo de energía reactiva alrededor de 500 VAr.

En la medida, la potencia aparente total promedio alcanzó valores de hasta 49,457 kVA dando un factor de utilización de 24,729% y valores totalesmáximos de 98,586 kVA proporcionando un factor de utilización de 49,293%.

FACTOR DE POTENCIA:

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso.

La medida permite observar que en el momento en que las máquinas están encendidas el factor de potencia en las tres fases decrece hasta llegar a valores de 0,679 en atraso en la fase F1, 0,656 en la fase F2 y 0,66 en la fase F3. Para las tres fases, en el momento en que se encuentran apagadas las máquinas, se tiene un valor alrededor de 0,95 en atraso.

El factor de potencia total disminuyó hasta 0,68 en atraso en los momentos en que las máquinas estaban funcionando. En el momento en que las máquinas pararon, el factor de potencia total se estabilizó en un valor de 0,95 en atraso.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 188,84 kWh. El consumo de energía reactiva fue 112,68 kVArh.


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Los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv). La fase F2 fue la que presentó mayor sobrepaso y también la que permaneció la mayor parte del tiempo por encima de este. El valor más alto se obtuvo a las 1:00 p.m. con una magnitud de 9,169 V en la fase F2.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 2,08%, y 25% para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

Los armónicos de mayor orden presentes en el sistema analizado fueron el 3, 5, 7, 9 y 11. Los cuales se relacionan su magnitud en la siguiente tabla.

Magnitud de armónicos de tensión. Orden armónico %.

Fases 3 5 7 9 11

F1 0,223 V 4,492 V 1,021 V 0,165 V 0,408 V

F2 1,908 V 4,89 V 0,868 V 0,473 V 0,714 V

F3 0,393 V 4,781 V 0,832 V 0,263 V 0,528 V

La tensión armónica de orden 3 presentó valores de 5,388 V en la fase F2, que es la que más aporta a la distorsión de tensión, éste valor se presentó a la 1:00 p.m.

La magnitud del 5 armónico se incrementa en las tres fases, en el periodo en el cual las máquinas se encuentran apagadas, con valores que llegan hasta 6,032 V; 7,237 V y 6,49 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

La tensión armónica de orden 7 obtuvo valores de hasta 1,291 V; 1,225 V y 1,094 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

Se puede observar que es la fase 2 la que mayor distorsión armónica presenta, teniendo valores de 1,045 V en el armónico 9 y 1,201 V en el armónico 11, mientras los valores de las fases F1 y F3 se encuentran alrededor de los 500 mV, para los armónicos mencionados.


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En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7 y 9. Se especifica su magnitud en la siguiente tabla.

Corrientes armónicas.

Orden armónico%Fases 3 5 7 9

F1 12,745 A 5,929 A 1,668 A 2,022 A

F2 12,94 A 3,981 A 1,455 A 1,628 A

F3 9,493 A 4,918 A 1,341 A 1,56 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo actividad en el taller hasta valores de 18,8 A en la fase F1, 16,776 A en la fase F2 y 12,078 A en la fase F3.

La corriente armónica de orden 5 se presenta en el momento en el cual las máquinas no están funcionando, alcanzando los 8,728 A, 5,306 A y 7,645 A, para las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 tiene su más alto valor a las 3:40 p.m. momento en el cual las máquinas están terminando de apagarse. El valor para la fase F1 es 2,391 A, 1,761 A para la fase F2 y 1,981 A para la fase 3.


Ocurrieron 200 870 eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración.

Ocurrieron 29 004 Dips, de ellos 12 se encuentran por debajo de la incumbente inferior, por lo cual son peligrosos para los dispositivos electrónicos.


Hubo algunos momentos en los cuales el desbalance superó el 2%, con un valor máximo de 5,2% a las 1:00 p.m.


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8. RECOMENDACIONES


Tener un transformador independiente con capacidad de suplir el área de soldadores, pues el cortocircuito que se produce al realizar un proceso de soldadura afecta la forma de onda de tensión y de corriente produciendo armónicos y eventos de tensión. Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7. Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los

eventos de tensión. Realizar una canalización del cableado de energía y separar los circuitos de

comunicación de los circuitos de alta tensión.


En el edificio de Mecánica se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:

Mediante muros sólidos y permanentes o pantallas, adecuar el espacio de trabajo o subestación de tal forma que sólo tenga acceso personal calificado. Cualquier abertura en dichos tabiques o pantallas debe ser de tales dimensiones o estar situada de modo que no sea probable que las personas entren en contacto accidental con las partes energizadas o pongan objetos conductores en contacto con las mismas.

No guardar materiales inflamables en la subestación. Actualizar planos eléctricos. Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección



ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADOR DE 315 KVA, EN EL EDIFICIO DE QUÍMICA



TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 10 DE MAYO HASTA 17 DE MAYO DE 2007




Julio 2007

PEREIRA

EDIFICIO DE QUÍMICA

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio de Química en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo de medición que empezó el jueves 10 de Mayo de 2007 a las 4:00 p.m. y finalizó a las 4:00 p.m. del 17 de Mayo de 2007.





Tensión de corto circuito = 3,7 %

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación del edificio de Química.

EN CUANTO A CALIDAD DE LA ENERGÍA:



La tensión en las fases permaneció en el intervalo dado según resolución CREG. La tensión máxima no superó el límite superior de 146,3 V. En las horas de actividad académica, la tensión entre neutro y tierra superó el valor

de 0,2 V y tuvo valores de hasta de 0,686 V. La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del

50%.

CORRIENTE:

En los periodos de actividad académica, los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 139,58 A, 107,87 A y 120,1 A, respectivamente. En los periodos de receso, la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores alrededor de 20 A.

Existió una probabilidad del 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 fuera superior a 17,352 A, 10,207 A y 14,8 A, respectivamente y una probabilidad del 20% de que fuese superior a 52,311 A, 35,469 A y 44,911 A.



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Distribución de probabilidad para la corriente en las fases

Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3


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POTENCIAS:

Se observó que el consumo de potencia activa estuvo muy similar para las tres fases llegando a valores de 17,725 kW en la Fase 1. En los periodos de receso, la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció alrededor de 2,5 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica total fue 41,553 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo alrededor de 4 kW.

Existió una probabilidad de 90,15% de que la potencia activa trifásica total fuese superior a 3,798 kW; una probabilidad de 60,1% de que fuera superior a 5,318 kW y una probabilidad de 21,97% de que fuera superior a 15,375 kW.

En el periodo de actividad académica, la potencia reactiva en la fase F3 aumentó de manera inductiva alcanzando valores como 5,817 kVAr, la potencia reactiva en la Fase 1 disminuyó hasta comportarse de manera capacitiva obteniendo valores de -1,782 kVAr.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente total trifásica fue de 82,171 kVA con un factor de utilización de 26,1%.

Existió una probabilidad de 97,327% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 13,147 kVA y una probabilidad de 20,382% de que sea superior a 31,225 kVA.


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Probabilidad para la potencia activa trifásica

Probabilidad para la potencia máxima aparente trifásica

FACTOR DE POTENCIA:

La medida mostró en los periodos de actividad académica un factor de potencia plenamente inductivo, con valores entre 0,95 y 1, y con valores muy bajos hasta de 0,5 durante las horas de receso.

ENERGÍA

El consumo de energía activa durante el periodo de medida fue de 1,692 MWh. El consumo de energía reactiva durante el periodo de medida fue de 687,97 kVArh.


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Los datos medidos superaron ampliamente el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), con valores hasta de 12% en la Fase 3 (F3), 11,01% en la Fase 2 (F2) y 8,8% en la Fase 1 (F1).

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5,042% es de 36,58%, 41,15% y 58,65% en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7, y sus magnitudes son:

Magnitud de los armónicos de tensión.

Armónico Vrms abs. Fase 1 Vrms abs. Fase 2 Vrms abs. Fase 3

3 0,624 0,506 0,682

5 6,808 7,686 8,313

7 2,01 2,326 1,998


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7, 9 y 11, sus magnitudes se especifican en la siguiente tabla:

Magnitud de las corrientes armónicas.

Armónico Irms abs. Fase 1 Irms abs. Fase 2 Irms abs. Fase 3

3 3,942 0,83 1,849

5 1,632 1,663 1,955

7 0,749 0,47 0,607

9 0,847 0,17 0,379


No ocurrieron eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración. No sucedieron huecos de tensión (dips). En las tres fases se presentó una interrupción de larga duración, y tres caídas en la

tensión de alimentación que puedan afectar el buen funcionamiento de los equipos.


No hubo desbalances que superen el límite del 2%.

RECOMENDACIONES


El transformador presenta derrames de aceite por el tanque de expansión, esto se debe a deterioro del mismo y ocurre indiscutiblemente en momentos de sobrecarga. Aunque en el análisis no se presenta este fenómeno, puede deberse a los circuitos


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que están conectados a este transformador pero que no pasan a través de la subestación de Química. Por lo cual, debería evaluarse el posible cambio de dicho transformador y si fuera posible independizar el edificio de las otras dependencia.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7. Realizar una canalización del cableado de energía.


En el edificio de Química se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:

Se recomienda que los conductores sean canalizados para cumplir con el RETIE. No guardar materiales inflamables en la subestación. Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección

dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. Aumentar el espacio de trabajo, pues no es el recomendado. Se recomienda hacer una remodelación de la subestación, el tablero es muy viejo,

los visualizadores de corriente y tensión no funcionan, además las protecciones debido a su antigüedad podrían no funcionar en el momento que sea necesario.


CARLOS ALBERTO RÍOS PORRAS INGENIERO ELECTRICISTA

M.SC. EN INGENIERÍA ELÉCTRICA MATRÍCULA RS205 36147

CEL. 300 660 55 66 [email protected]


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TABLA DE CONTENIDO






LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador............. 11 Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 14 Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 30 Tabla 4. Magnitud de los armónicos de tensión. .................................................................. 31 Tabla 5. Magnitud corrientes armónicas. ............................................................................. 37 Tabla 6. Caídas en la tensión de alimentación...................................................................... 42

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fotos de la instalación del Topas .......................................................................... 12 Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro .......................................................................... 15 Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 15 Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 ........................................... 16 Figura 5. Tensión promedio en el neutro.............................................................................. 16 Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro ..................................................................... 17 Figura 7. Corrientes promedio en los dos conductores de cada una de las fases ................. 18 Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase.............. 19 Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................ 19 Figura 10. Corriente promedio en el neutro ......................................................................... 20 Figura 11. Corriente máxima en el neutro............................................................................ 20


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Figura 12. Valores promedio de la potencia activa en cada fase.......................................... 22 Figura 13. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................ 22 Figura 14. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica ............................ 23 Figura 15. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 23 Figura 16. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)......................... 24 Figura 17. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio) ..... 24 Figura 18. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 25 Figura 19. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)......... 25 Figura 20. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 26 Figura 21. Factor de potencia F1.......................................................................................... 27 Figura 22. Factor de potencia F2.......................................................................................... 27 Figura 23. Factor de potencia F3.......................................................................................... 28 Figura 24. Factor de potencia total ....................................................................................... 28 Figura 25. Energía activa...................................................................................................... 29Figura 26. Diagrama de energía reactiva.............................................................................. 30 Figura 27. Distorsión armónica total de la tensión (THDv) ................................................. 32 Figura 28. Distribución de probabilidad para THDv............................................................ 32 Figura 29. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1 .............................................. 33 Figura 30. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2 .............................................. 33 Figura 31. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3 .............................................. 34 Figura 32. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1...................................................... 34 Figura 33. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2...................................................... 35 Figura 34. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3...................................................... 35 Figura 35. Tensión armónica de orden 5 .............................................................................. 36 Figura 36. Tensión armónica de orden 7 .............................................................................. 36 Figura 37. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 37 Figura 38. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 38 Figura 39. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 38 Figura 40. Corriente armónica de orden 3............................................................................ 39 Figura 41. Corriente armónica de orden 5 en F1.................................................................. 39 Figura 42. Corriente armónica de orden 5 en F2.................................................................. 40 Figura 43. Corriente armónica de orden 5 en F3.................................................................. 40 Figura 44. Corriente armónica de orden 7............................................................................ 41 Figura 45. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA......................................... 42 Figura 46. Tensión de secuencia cero................................................................................... 43 Figura 47. Tensión de secuencia positiva............................................................................. 43 Figura 48. Tensión de secuencia negativa ............................................................................ 44


V

!

".................................................................................................. 44


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1. DEFINICIONES





kVAFu

kVA#

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red








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Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en el secundario del transformador de 315 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación de conexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.



ANALIZADOR


Fase 1 1 5

Fase 2 2 6

Fase 3 3 7

Neutro 4 8

Periodo de medición:Inicio: Jueves 10 de Mayo de 2007 a las 4:00 p.m. Parada: Jueves 17 de Mayo de 2007 a las 4:00 p.m.



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F3 F2 F1

F2 F1F3


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TRANSFORMADOR:




Tensión de corto circuito = 3,7 %




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231 V 207,9V 254,1 V 133 V 119,7 V 146,3 V


La tensión en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) permaneció entre el 90% y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005). Se observó una interrupción del suministro de energía con una duración de 30 minutos el de mayo de 2007, a partir de las 4:30 p.m. hasta las 5:00 p. m. Figura 2

Existió una probabilidad del 99,80%, 97,02%, 83,40% de que el promedio de la tensión en las fases F1, F2 y F3 respectivamente fuese superior a 127,08V, y no hubo probabilidad de que los valores fueran superior a 136,64V. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 no superó el límite superior de 146,3V. Figura 4

La tensión entre neutro y tierra superó en las horas de actividad académica el valor de 0,2 V y tuvo valores de hasta de 0,686 V. Figura 5.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es del 50%. Figura 6


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F1F2F3


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F1F2F3


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 787,29 A según placa del transformador. El transformador alimenta el Galpón y el edificio de Química, para este último edificio se especifican los calibres de la acometida y su capacidad de corriente.

Según la Tabla 310-16 de la NTC 2050, la capacidad de corriente permisible en conductores aislados para voltajes de 0 a 2 000V nominales y 60 ºC a 90 ºC. No más de tres conductores portadores de corriente en una canalización, cable o tierra (directamente enterrados) y temperatura ambiente de 30 ºC. Para el calibre 2/0, a temperatura nominal del conductor 75 ºC THN, su corriente nominal es de I = 175 A.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de las corrientes en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 139,58 A, 107,87 A y 120,1 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m. y durante el fin de semana), la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores alrededor de 20 A.

El valor de la corriente en los conductores está por debajo de su corriente nominal. Eledificio de Química tiene dos conductores de calibre 2/0 por fase, si se supone una distribución homogénea de la corriente por ambos conductores, entonces la corriente por cada uno de los conductores de cada fase sería la mitad de la registrada. Figura 7


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Existió una probabilidad del 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 fuera superior a 17,352 A, 10,207 A y 14,8 A, respectivamente y una probabilidad del 20% de que fuese superior a 52,311 A, 35,469 A y 44,911 A. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (rojo) y F3 (verde) fueron 197,28 A, 165,22 A y 414,68A, respectivamente, Figura 9.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corriente en el neutro fue de 3,517 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro presentó valores alrededor de 0,5 A. Figura 10


Figura 7. Corrientes promedio en los dos conductores de cada una de las fases



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F1F2F3


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Se observó que el consumo de potencia activa fue similar en las tres fases llegando a valores de 17,725 kW en la Fase 1. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m. y durante el fin de semana), la potencia activa en las fases F1, F2 y F3 permaneció alrededor de 2,5 kW. Figura 12

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica total fue 41,553 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo alrededor de 4kW, Figura 13

Existió una probabilidad de 90,15% de que la potencia activa trifásica total fuese superior a 3,798 kW; una probabilidad de 60,1% de que fuera superior a 5,318 kW y una probabilidad de 21,97% de que fuera superior a 15,375 kW, Figura 14

La potencia reactiva se comportó de manera inductiva en las tres fases durante los periodos de inactividad académica (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 p.m. y durante el fin de semana) con valores alrededor de 1 kVAr. En el periodo de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), la potencia reactiva en la Fase 3 (Verde) aumentó de manera inductiva alcanzando valores como 5,817 kVAr el 17.05.2007 a las 10:00 a.m., la potencia reactiva en la Fase 1 disminuyó hasta comportarse de manera capacitiva obteniendo valores de -1,782 kVAr el 15.05.2007 a las 12:20 m. (Figura 15).

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valores hasta de 43,228 kVA dando un factor de utilización de 13,72%, (Figura 16).

Existió una probabilidad de 93,84% de que la potencia aparente total trifásica superara los 5,187 kVA, una probabilidad del 49,5% de que superara 7,349 kVA y una probabilidad de 10,24% de que superara los 25,937 kVA. Figura 17.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (total trifásica) fue de 82,171 kVA con un factor de utilización de 26,1%. En los periodos de inactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica obtuvo valores de alrededor de 15 kVA con un factor de utilización de 4,72%, Figura 18.

%1,26100*315

171,82%100*max ###

kVA

kVA

KVA

KVAFu

nom

Existió una probabilidad de 97,327% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 13,147 kVA y una probabilidad de 20,382% de que sea superior a 31,225 kVA. Figura 19


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SUMA

F1F2F3


24/51




SUMA


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Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superior a 0,9 en atraso. La medida mostró en los periodos de actividad académica un factor de potencia plenamente inductivo, con valores entre 0,95 y 1 y con valores muy bajos hasta de 0,5 el 17.05.2007 a las 03:40 a.m. Figura 20, Figura 21, Figura 22 y Figura 23.

El factor de potencia total tuvo un comportamiento similar al de la Fase 3 con valores muy bajos (0,5 en atraso) durante la actividad académica (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.) y 0,9 en atraso durante la inactividad académica, Figura 24.


F1F2F3


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5.5 ENERGÍA


El consumo de energía activa durante el periodo de medida fue de 1,692 MWh, Figura 25.



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El consumo de energía reactiva durante el periodo de medida fue 687,97 kVArh, Figura 26.








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2

1

1

100%

n

h

h

V

THDvV

$# %&

Los datos medidos superaron ampliamente el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), con magnitudes mayores durante la inactividad académica (entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m.), con valores hasta de 12% en la Fase 3 (F3), 11,01% en la Fase 2 (F2) y 8,8% en la Fase 1 (F1), Figura 27

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5,042% es de 36,58%, 41,15% y 58,65% en las fases F1, F2 y F3, respectivamente, Figura 28.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7, Figura 29, Figura 30 y Figura 31 y sus magnitudes se especifican en la Tabla 4.

Tabla 4. Magnitud de los armónicos de tensión.

Armónico Vrms abs. Fase 1 (V) Vrms abs. Fase 2 (V) Vrms abs. Fase 3 (V)

3 0,624 0,506 0,682

5 6,808 7,686 8,313

7 2,01 2,326 1,998

La tensión armónica de orden 3 presentó valores de 1,007 V, 0,846 V y 1,297 V en las fases F1 (Figura 32), F2 (Figura 33) y F3 (Figura 31), respectivamente.

La tensión armónica de orden 5 al ser el armónico de mayor magnitud presenta un comportamiento muy similar al de la Distorsión Armónica Total con valores extremos hasta de 11,614 V, 14,49 V y 15,768 V en las fases F1, F2 y F3, respectivamente. Figura 35

La tensión armónica de orden 7 presenta los valores mayores durante las horas de la noche con valores de hasta 3,328V; 3,804V y 3,572V en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Figura 36

Se encuentran unos valores de cero que se asocian con los momentos en que hubo interrupción del suministro eléctrico.


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F1F2F3


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En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7 y 9, Figura 37, Figura 38 y Figura 39 y en la Tabla 5 se especifican sus magnitudes.

Tabla 5. Magnitud corrientes armónicas.

Armónico Irms abs. Fase 1 (A) Irms abs. Fase 2 (A) Irms abs. Fase 3 (A)

3 3,942 0,83 1,849

5 1,632 1,663 1,955

7 0,749 0,47 0,607

9 0,847 0,17 0,379

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académica hasta valores de 1,652 A en la fase F1, 2,707 A en la fase F2 y 6,256 A en la fase F3. En los periodos de receso la corriente armónica de orden 3 fluctuó entre de 0,7 A y 1,5 A, Figura 40

La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento fluctuante con valores que alcanzaron hasta 5,514 A; 6,104 A y 5,837A, en la fase F1 (Figura 41), F2 (Figura 42) y F3 (Figura 43), respectivamente.




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39/51



ACTIVIDAD ACADEMICA


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debe estar dentro del rango de VVV 3,1461337,119 ''

Para el análisis de esta medición hecha con el analizador Topas 1000 se utiliza la clasificación de eventos de la curva CBEMA, en la cual en un sistema coordenado se traza el porcentaje de variación de la tensión nominal respecto a la duración del evento, los valores que están por fuera de la incumbente superior o los que estén por debajo de la incumbente inferior son los que podrían ser más perjudiciales para los equipos electrónicos. De acuerdo a la curva CBEMA se presentó lo siguiente;

Figura 45.

No ocurrieron eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración.

No sucedieron huecos de tensión (dips).


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En las tres fases se presentó una interrupción de larga duración y caídas en la tensión de alimentación que podrían afectar el buen funcionamiento de los equipos. En la Tabla 6 se muestran las caídas de tensión.

Tabla 6. Caídas en la tensión de alimentación.

FASE DURACIÓN (ms) %VN

F2 116,61 63,036 F3 116,64 34,931





!


del 2%. No hubo momentos en los cuales el desbalance superará el 2%, Figura 49.


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44/51



V

!

"


45/51


En el edificio de Química se incumplen las siguientes normas de seguridad:






Además:




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7. CONCLUSIONES

EN CUANTO A CALIDAD DE LA ENERGÍA:



La tensión en las fases permaneció en el intervalo dado según resolución CREG.

La tensión máxima no superó el límite superior de 146,3 V. En las horas de actividad académica, la tensión entre neutro y tierra superó el

valor de 0,2 V y tuvo valores de hasta de 0,686 V. La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,2 V es

del 50%.

CORRIENTE:

En los periodos de actividad académica, los mayores valores de las corrientes en las fases F1, F2 y F3 fueron 139,58 A, 107,87 A y 120,1 A, respectivamente. En los periodos de receso, la corriente en las fases F1, F2 y F3 tuvo valores alrededor de 20 A.

Existió una probabilidad del 80% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3 fuera superior a 17,352 A, 10,207 A y 14,8 A, respectivamente y una probabilidad del 20% de que fuese superior a 52,311 A, 35,469 A y 44,911 A.




POTENCIAS:

Se observó que el consumo de potencia activa estuvo muy similar para las tres fases llegando a valores de 17,725 kW en la Fase 1. En los periodos de receso, la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció alrededor de 2,5 kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásica total fue 41,553 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo alrededor de 4 kW.

Existió una probabilidad de 90,15% de que la potencia activa trifásica total fuese superior a 3,798 kW; una probabilidad de 60,1% de que fuera superior a 5,318 kW y una probabilidad de 21,97% de que fuera superior a 15,375 kW.

En el periodo de actividad académica, la potencia reactiva en la fase F3 aumentó de manera inductiva alcanzando valores como 5,817 kVAr, la potencia


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reactiva en la Fase 1 disminuyó hasta comportarse de manera capacitiva obteniendo valores de -1,782 kVAr.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente total trifásica fue de 82,171 kVA con un factor de utilización de 26,1%.

Existió una probabilidad de 97,327% de que la máxima potencia aparente trifásica sea superior a 13,147 kVA y una probabilidad de 20,382% de que sea superior a 31,225 kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

La medida mostró en los periodos de actividad académica un factor de potencia plenamente inductivo, con valores entre 0,95 y 1 y con valores muy bajos hasta de 0,5 durante las horas de receso.

ENERGÍA

El consumo de energía activa durante el periodo de medida fue de 1,692 MWh. El consumo de energía reactiva durante el periodo de medida fue de 687,97

kVArh.


Los datos medidos superaron ampliamente el límite del 5% definido en el Estándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), con valores hasta de 12% en la Fase 3 (F3), 11,01% en la Fase 2 (F2) y 8,8% en la Fase 1 (F1).

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5,042% es de 36,58%, 41,15% y 58,65% en las fases F1, F2 y F3, respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7, y sus magnitudes son:

Magnitud de los armónicos de tensión.

Armónico Vrms Fase 1 (V) Vrms Fase 2 (V) Vrms Fase 3 (V)

3 0,624 0,506 0,682

5 6,808 7,686 8,313

7 2,01 2,326 1,998


En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los de orden 3, 5, 7, 9 y 11, sus magnitudes se especifican en la siguiente tabla:

Magnitud de las corrientes armónicas.

Armónico Irms Fase 1 (A) Irms Fase 2 (A) Irms Fase 3 (A)

3 3,942 0,83 1,849

5 1,632 1,663 1,955

7 0,749 0,47 0,607

9 0,847 0,17 0,379


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No ocurrieron eventos de sobre tensión (Swell) de corta y larga duración. No sucedieron huecos de tensión (dips). En las tres fases se presentó una interrupción de larga duración, y caídas en la

tensión de alimentación que puedan afectar el buen funcionamiento de los equipos.


No hubo desbalances que superen el límite del 2%.


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8. RECOMENDACIONES

RECOMENDACIONES


El transformador presenta derrames de aceite por el tanque de expansión, esto se debe a deterioro del mismo y ocurre indiscutiblemente en momentos de sobrecarga. Aunque en el análisis no se presenta este fenómeno, puede deberse a los circuitos que están conectados a este transformador pero que no pasan a través de la subestación de Química. Por lo cual, debería evaluarse el posible cambio de dicho transformador y si fuera posible independizar el edificio de las otras dependencias.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7. Realizar una canalización del cableado de energía.


Espacio de trabajo insuficiente.


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En el edificio de Química se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, los equipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunas medidas como:

Se recomienda que los conductores sean canalizados para cumplir con el RETIE.


dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. Aumentar el espacio de trabajo, pues no es el recomendado. Se recomienda hacer una remodelación de la subestación, el tablero es muy

viejo, los visualizadores de corriente y tensión no funcionan, además las protecciones debido a su antigüedad podrían no funcionar en el momento que sea necesario.


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