Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de Ingeniera
Escuela de Ingeniera Mecnica Elctrica
MEJORAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE MEDICIN ELCTRICA BIDIRECCIONAL
CON INTERROGACIN AUTOMTICA A DISTANCIA, PARA LAS DISTRIBUIDORAS DE
ENERGA ELCTRICA DE GUATEMALA.
Julio Arnoldo Gonzlez AguilarAsesorado por el Ing. Marco Antonio
Jurez Lpez
Guatemala, mayo de 2009
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
MEJORAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE MEDICIN ELCTRICA BIDIRECCIONAL
CON INTERROGACIN AUTOMTICA A DISTANCIA, PARA LAS DISTRIBUIDORAS DE
ENERGA ELCTRICA DE GUATEMALA.
TRABAJO DE GRADUACIN PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERA POR: JULIO ARNOLDO GONZLEZ AGUILAR ASESORADO
POR EL ING. MARCO ANTONIO JUAREZ LPEZ AL CONFERRSELE EL TTULO
DE
INGENIERO ELECTRICISTAGUATEMALA, MAYO DE 2009
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVADECANO VOCAL I VOCAL II VOCAL III VOCAL
IV VOCAL V SECRETARIA Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Inga. Glenda
Patricia Garca Soria Inga. Alba Maritza Guerrero de Lpez Ing.
Miguel Angel Dvila Caldern Br. Jos Milton De Len Bran Br. Isaac
Sultn Meja Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas.
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADODECANO EXAMINADOR
EXAMINADOR EXAMINADOR SECRETARIA Ing. Herbert Ren Miranda Barrios
Ing. Gustavo Benigno Orozco Godnez Ing. Edgar Neftaly Carrera Daz
Ing. Jos Guillermo Bedoya Barrios Inga. Marcia Ivnne Vliz
Vargas
AGRADECIMIENTO A: DIOS Por darme la fuerza y sabidura para
alcanzar este sueo. MI ESPOSA Silvia C. Villatoro, por su gran
amor, apoyo y paciencia. MIS PADRES Miguel Arnoldo Gonzlez y
Romelia Aguilar de Gonzlez, por su gran apoyo y amor a lo largo de
mi carrera. MIS HIJOS Ntaly Roco Gonzlez V. y Edison Julin Gonzlez
V. , por ser una bendicin hacia mi persona y ser la fuente de mi
inspiracin y fuerza para seguir hacia adelante. MIS HERMANOS Mirna
Gonzlez y Osman Gonzlez, con mucho cario y aprecio. MI ASESOR Ing.
Marco Antonio Jurez, por el empuje, paciencia y gran ayuda para
alcanzar esta meta.
MIS COMPAEROS DE TRABAJO
Ing. Giovanni, Elmar, Rafa, Ing. Marvin, Ing. Juan Pablo, Inga
Dora, Inga. Flor, Amilcar, Renato, Gerardo y Edgar, por su apoyo y
amistad.
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUAEMALA
Por darme la oportunidad de formarme como profesional.
NDICE GENERAL
NDICE DE ILUSTRACIONES LISTA DE SMBOLOS GLOSARIO HIPTESIS
RESUMEN OBJETIVOS INTRODUCCIN
VII XI XIII XV XVII XIX XXI
1.
MEDICIN DE ENERGA ELCTRICA 1.1. Historia de los medidores de
energa elctrica 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.2. Medidor qumico de Edison
1881 Medidor de vatios de Thomson 1889 Medidor de amperio-hora de
Shallenberger 1888 Partes bsicas que lo conforman Detalle interno
Estator Operacin
1 1 2 3 3 4 4 5 6 7 7 10
Estructura de los medidores electromecnicos 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3.
1.2.4.
1.3.
Medidores de energa Elctrica utilizados en lneas de distribucin,
subestaciones y grandes usuarios 1.3.1. Funcionamiento
I
1.3.2. 1.3.3. 1.3.4.
Estructura Parmetros elctricos que pueden medir Formas de
lectura actual 1.3.4.1. 1.3.4.2. Toma de lecturas va lector ptico
Toma de lecturas va telfono celular anlogo 1.3.4.2.1. Sistemas
anlogos (AMPS)
11 13 14 14 15 17 17 18 19 19 21 21 22 22 23 24
1.4.
Transformadores de Medida 1.4.1. Transformadores de corriente
1.4.1.1. Errores en los transformadores de corriente 1.4.1.1.1.
1.4.2. Clasificacin de los errores
Transformadores de potencia 1.4.2.1 Errores en los
transformadores de potencial 1.4.2.1.1. 1.4.2.1.2. 1.4.2.2. Error
de relacin Error de ngulo
Norma Americana ANSI
1.4.3.
Efector de la temperatura en los trasformadores de medida
2.
TRANSMISIN DE DATOS BIDIRECCIONAL 2.1. Mtodos alternativos de
comunicacin remota, ventajas y desventajas 2.1.1. Telefona celular
digital 2.1.1.1. 2.1.1.2. Telefona celular Tecnologa en sistemas
digitales 2.1.1.2.1. 2.1.1.2.2. 2.1.1.2.3. 2.1.1.2.4. CDMA TDMA GSM
GPRS
27 27 27 28 29 29 30 30 31
II
2.1.2. 2.1.3. 2.1.4.
Telefona almbrica Radio frecuencia Lneas de transmisin elctricas
(PLC) 2.1.4.1. 2.1.4.2. PLOC PLIC
32 33 35 36 37 39 41 41 42 42 42 43 45
2.1.5. 2.1.6. 2.2.
Fibra ptica Enlace satelital Colectar datos Administracin de
datos Generacin de informes y reportes
Software para la toma de lecturas va remota 2.2.1. 2.2.2.
2.2.3.
2.3. 3.
Base de Datos
USOS QUE SE LE PUEDE DAR A TODA LA INFORMACIN QUE ENVAN LOS
MEDIDORES ELECTROMECNICOS MULTIFUNCIN 3.1. Conceptos bsicos de
parmetros que registra el medidor electrnico multifuncin 3.1.1.
3.1.2. 3.1.3. 3.1.4. 3.1.5. 3.1.6. 3.1.7. 3.1.8. 3.1.9. Corriente
elctrica Energa Voltaje Potencia Tensin alterna Valores instantneos
y de cresta ngulo de fase Desfase Corrientes trifsicas 3.1.9.1.
Potencia activa
48 48 48 49 49 50 51 52 53 55 57
III
3.1.9.2. 3.1.9.3.
Potencia reactiva Potencia aparente
57 57 58 59 62 63 64 65 65 70 73 76 80 85 87 88
3.1.10. Factor de potencia 3.1.11. Distorsin armnica 3.1.11.1.
Distorsin armnica total 3.1.11.1.1. Distorsin en voltaje
3.1.11.1.2. Distorsin en corriente 3.2. Usos y aplicaciones de la
informacin 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. 3.2.5. 3.2.6. 3.2.7. 3.2.8.
Calidad del servicio Mercadeo Control de la instalacin Planificacin
Operacin y mantenimiento Balance de energa Sistema antifraude
Facturacin
4.
ANLISIS ECONMICO 4.1. 4.2. Deduccin de beneficios Deduccin de
gastos 4.2.1. 4.2.2. 4.2.3. 4.2.4. 4.2.5. 4.2.6. 4.2.7.
Implementacin del sistema con tecnologa digital GSM Implementacin
del sistema con tecnologa digital GPRS Implementacin del sistema
con telefona almbrica Implementacin del sistema con radio
frecuencia Implementacin del sistema en lneas de transmisin
Implementacin del sistema con fibra ptica o cobre Implementacin del
sistema con enlace satelital
89 91 96 96 97 99 100 101 103 104
IV
4.3.
Resumen
106 109 113 115
CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFA
V
VI
NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Partes bsicas de un medidor
electromecnico Detalle interno de un medidor electromecnico
Estructura de un medidor electromecnico Flujos en un medidor
electromecnico Entrada anloga salida anloga Entrada digital salida
digital Entrada anloga salida digital Multiplicacin por divisor de
tiempo Diagrama de bloques de medidor electrnico 5 6 6 7 8 9 9 10
11 14 15 16 18 21 25 28 33 34 35 36 40 44 50
10. Acoplamiento ptico 11. Transmisin de datos va celular anlogo
12. Instalacin de un equipo de medida 13. Transformador de
corriente 14. Transformador de potencial 15. Curvas de temperatura
en transformadores de medida 16. Transmisin de datos va planta
celular digital 17. Transmisin de datos va lnea directa telefnica
18. Transmisin de datos va radio frecuencia, si uno de los dos esta
19. Diagrama de transmisin de datos en una lnea de alta tensin 20.
Diagrama de servicio de transmisin de datos 21. Diagrama de conexin
con fibra ptica 22. Estaciones de trabajo con su base de datos 23.
Forma de onda de la tensin alterna
VII
24. Creacin de una onda senoidal 25. ngulo de fases 26. Desfase
entre fases 27. Desfases con distintas cargas 28. Desfase entre
tensiones trifsicas 29. Tringulo de potencias 30. Componentes de la
funcin peridica original lnea de impedancia 32. Cargas no lineales
33. Usos de la informacin obtenida de los medidores 34. Diagrama
unifilar subestacin elctrica-cliente 35. Diagrama fasorial normal
36. Diagrama fasorial con problema 37. Display de un medidor
electrnico multifuncin 38. Grficos de demandas mximas mensuales de
dos circuitos 39. Rel en un sistema KYZ de un medidor electrnico
40. Instalacin de medidores en una red elctrica 41. Recoleccin de
datos para facturacin
51 53 54 55 56 58 60
31. Carga lineal. Corriente y voltaje siempre proporcionales a
lo largo de la 61 62 65 70 74 75 76 79 84 86 88
VIII
TABLAS I. II. III. IV. V. VI. VII. Lmites del factor de
correccin del transformador de corriente Cargas normalizadas para
el transformador de corriente normalizadas con el secundario de 5 A
Lmites del factor de correccin del transformador de potencial Carga
normalizada para transformadores de potencial Lmites para la
distorsin armnica de voltaje, segn normas IEEE Lmites para la
distorsin armnica de corriente, segn normas IEEE Datos almacenados
en la memoria masiva de un medidor electrnico multifuncin VIII.
Tabla de distribucin de tiempos de uso IX. Tabla con resumen de
valores presentes netos 72 107 23 23 63 64 67 20 20
IX
X
LISTA DE SMBOLOS
kW kWh V I Kvarh f.p. C RF Mhz
Kilo watts (1,000 watts), medida de potencia elctrica. Medida de
energa elctrica. Medida de voltaje, tensin o potencial. Medida de
corriente elctrica. Medida de energa elctrica aparente. Factor de
potencia. Medida de temperatura en grados centgrados. Radio
frecuencia. Mega hertz. Velocidad angular ngulo de
desplazamiento
XI
XII
GLOSARIO
ANSI
American Nacional Estndar Institute. Organizacin encargada de
desarrollar normativas para la industria elctrica en EEUU.
ATENUACIN
Prdida de potencia de una seal al transitar por cualquier medio
de transmisin.
BAUDIO
Unidad de la velocidad de transmisin de seales, equivalente a un
bit por segundo.
BIT
Dgito Binario, que adquiere el valor de 1 0 en el sistema
numrico binario.
CIRCUITO
Serie de elementos elctricos o electrnicos interconectados a
travs de conductores en uno o mas ciclos cerrados.
CLIENTE
Es quien accede a un producto o servicio por medio de una
transaccin financiera (dinero) u otro medio de pago. Quien compra,
es el comprador, y quien consume el consumidor. Normalmente,
cliente, comprador y consumidor son la misma persona
DISPLAY
Dispositivo de ciertos aparatos electrnicos que permiten
XIII
mostrar informacin al usuario. MODEM Aparato que convierte las
seales digitales en anlogas para su transmisin, o a la inversa.
PRECISIN Capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en
mediciones diferentes, realizadas en las mismas condiciones.
XIV
HIPTESIS
Los medidores multifuncin en la actualidad tienen muchos
elementos disponibles que no son explotados y que pueden ser de
gran utilidad para las empresas distribuidoras de energa elctrica,
pero estos estn de la mano con los medios de comunicacin, ya que s
estos medios fallan los medidores pierden una gran parte de su
funcionalidad.
XV
XVI
RESUMEN
Por muchos aos la toma de lecturas a los medidores de energa
elctrica en las distribuidoras de energa elctrica de Guatemala se
ha hecho de forma manual-visual, o sea que ha llegado un persona a
tomar las lecturas y luego las reporta para su facturacin. A travs
del tiempo y del avance tecnolgico desde aproximadamente 1,999
implement el sistema remoto en algunas distribuidoras y dicha toma
se realiz por medido de una lnea telefnica anloga y un modem, para
los grandes usuarios o de alto consumo, ya que los equipos son
bastante caros. Hoy da la tecnologa ha dado un paso adelante en los
mejoramientos de los sistemas de comunicacin hacindolo que la
transferencia de datos sea ms rpido y con ms capacidad, as como los
medidores de energa elctrica por el mismo avance de los medios de
comunicacin estn mutando a medidores que pueden proporcionar muchos
parmetros de energa elctrica, y con modems para distintos tipos de
comunicacin. Estos cambios nos dejan la inquietud para hacer
grandes proyectos en la mejora de nuestros sistemas, ya que nos
dejan en una bandeja en primer lugar los nuevos medios de
comunicacin como por ejemplo: el mejoramiento en las lneas
telefnicas en la red de Guatemala, digitales, ya que ahora son
totalmente la fibra ptica, comunicacin por medio de las lneas de
distribucin
elctrica, comunicacin satelital, transmisin por radio
frecuencia, etc. Dicho cambio han echo que los medidores se
transformen y dejen de ser
XVII
un simple dispositivo aislado que solamente lo visitan una vez
por mes a ser una parte fundamental con ms participacin ya no solo
para obtencin de lecturas sino que tambin para: Estudios de
caracterizacin de cargas, planificacin, control, mantenimiento
preventivo y correctivo, as como hacer que el medidor accione en
momentos determinado ante cualquier falla automticamente o por una
orden del operador. Solamente nos queda saber qu medio de
comunicacin y qu tipos de medidores de la nueva tecnologa se
adaptan de mejor manera para los distintos tipos de usuarios sin
afectar y sin incurrir en gastos que a la postre no sean rentables,
ya que cada tecnologa por su diferencia se puede adaptar a un tipo
de usuario pero no otro y viceversa.
XVIII
OBJETIVOS
o
General Mejoramiento de los sistemas actuales (medidor de energa
elctrica multifuncin, medio de comunicacin y administracin de
informacin) en los puntos de compra-venta de energa, subestaciones
y grandes usuarios de las empresas distribuidoras de energa
elctrica en Guatemala. Especficos: 1. Cambio de medio de
comunicacin por uno moderno y disponible en el mercado. 2.
Aprovechamiento de las virtudes de los medidores de energa elctrica
multifuncin. 3. Administracin multifuncin. 4. Tendencias a futuro
de los medidores multifuncin y medios de comunicacin. de informacin
que proporcionan los medidores
o
XIX
XX
INTRODUCCIN
En Guatemala como en muchos pases las empresas que comercializan
energa elctrica, en sus puntos de compra como en sus puntos de
venta a grandes usuarios estn regidos por ciertas normas; normas
que incluyen el uso de medidores que registren y almacenen varios
parmetros elctricos y permitan la comunicacin a los mismos va
remota. La forma de leer los medidores de energa elctrica y la
informacin que almacenan han ido cambiando constantemente,
arrastrados por las cambiantes tecnologas; comunicacin. Los
medidores han evolucionado desde un simple medidor de watts-hora
hasta un medidor multifuncin que puede almacenar desde el parmetro
bsico watts-hora y una gran gama de parmetros elctricos, hasta
hacer que el medidor avise por cualquier evento que est ocurriendo,
a una estacin de trabajo. Por lo anterior, el medidor se ha
convertido en una herramienta de gran ayuda para muchos sectores de
una empresa distribuidora el explotar al mximo las virtudes de este
medidor. Tambin los medios de comunicacin han ido evolucionando da
a da y esto hace que los medidos de comunicacin utilizados
actualmente se vuelvan obsoletos, se dejen de comercializar, y se
conviertan en un riesgo para los medidores multifuncin. Este riesgo
obliga a las empresas distribuidoras o comercializadoras de XXI
tecnologas que van desde el mismo medidor hasta el medio de
energa elctrica hacer un estudio y una migracin a otros medios
modernos de comunicacin para no tener que recurrir, como se haca en
el pasado descargando la informacin de cada medidor en cada punto
de medida, que aparte de ser un trabajo largo y engorroso, requera
de mucho recurso humano. Adems, podra impedir estar en constante
comunicacin con el medidor para la rpida solucin de problemas. Vale
la pena mencionar que la gran mayora de medidores multifuncin que
actualmente utilizan las empresas comercializadoras de energa
elctrica en Guatemala se adaptan a la mayora de tecnologas de
comunicacin existentes, solamente ser de encontrar el medio de
comunicacin que mejor se adapte a estos medidores y maximizar los
beneficios de los mismos.
XXII
1. MEDICIN DE ENERGA ELCTRICA
Las empresas generadoras, transmisoras y distribuidoras de
energa elctrica saben que los medidores de energa elctrica son de
vital importancia, ya que de ellos depende la facturacin de la
misma. Por la naturaleza complicada de esta energa es necesario
tratarla de una manera especial, con una medida exacta y slida,
para lo cual han pasado varios aos para perfeccionarlo.
Historia de los medidores de energa elctricaEl medidor de energa
elctrica (Watthora) ha sido una parte esencial para las empresas
distribuidoras de la misma, sobre todo en los ltimos aos. Todo
inicia en 1879, cuando Thomas Alva Edison hiciera prctico el primer
equipo elctrico, la lmpara incandescente, y no tena intenciones de
parar con sus investigaciones, ya que posteriormente se ocup del
perfeccionamiento de las dinamos pare generar la corriente elctrica
que era esencial para el funcionamiento de las lmparas. Luego se
dio cuenta de la contribucin quiso pero al poderosa que esta nueva
energa poda hacer en nuestra civilizacin y contestar todas las
necesidades del hombre con esta nueva energa escala comercial a
menos que hubiera un mtodo prctico para venderla. Habra que
imaginarse la situacin difcil por la atraves Edison, ya que la
electricidad era algo completamente nuevo, la mayora de la gente
nunca haba odo de esto. La mayora de las personas no tenan la
confianza que hoy
mismo tiempo, se dio cuenta que esta energa nunca se podra
utilizar a gran
1
tenemos con esta energa.
Thomas Alva Edison y sus hombres tuvieron que
trabajar duro para vender esta idea y poder vender la
electricidad.
1.1.1.
Medidor Qumico de Edison 1881
Uno de los primeros retos que encar Edison fu crear algn
dispositivo para medir la electricidad y asegurarle al cliente que
era una medida exacta y precisa. La primera solucin de Edison fue
crear un medidor qumico en 1881. Este medidor funcionaba bajo el
principio que si dos electrodos se colocaban en una solucin qumica,
al circular la electricidad a travs de este un electrodo se
deterioraba y le pasaba su masa al otro electrodo. de factura. Este
medidor caus muchos problemas por que era poco eficiente y por que
haba que pesar los electrodos en presencia del consumidor. en
desuso cuando se introdujo la corriente elctrica alterna alterna.
Desde entonces muchos hombres trabajaron en la creacin del medidor
que le diera satisfaccin completa al cliente y a las compaas de
energa elctrica. Los lderes en este campo fueron: Thomson,
Shallenberg, Lamphier y Duncan, quienes trabajaron en compaas que
an hoy fabrican medidores de energa elctrica. Este medidor a pesar
que le realizaron algunas mejoras se uso unos pocos aos ya que qued
Por lo tanto, para leer el medidor era necesario pesar los
electrodos al principio y al final de cada perodo
2
1.1.2.
Medidor de vatios de Thomson 1889 del
El desarrollo temprano del medidor de energa elctrica (vatmetro)
en 1889.
profesor Elihu Thomson, le concedi un premio grande en la
exhibicin de Pars Esto fue el primer medidor prctico capaz de medir
energa elctrica (watthora). Este se poda usar en los circuitos
alternos de la poca y lleg a ser rpidamente el estndar a travs de
la industria. El medidor de Thomson venci la mayora de las
dificultades operatorias del medidor qumico de Edison. Aunque su
certeza no estuviera hasta nuestros estndares modernos, era notable
para un medidor de hace ms de un siglo. Oper bajo el principio de
un motor pequeo en derivacin, los bobinados del campo se conectaron
en serie con la lnea, mientras que la bobina de la armadura fue
pasado a un conmutador y este conectado a la lnea. de tres imanes
permanentes. 1.1.3. Medidor de amperio-hora de Shallenberger 1888 A
este le introdujeron un disco de cobre entre la armadura y la
hicieron girar entre astas
Casi al mismo tiempo que Thomson trabajaba en su medidor, Oliver
B. Shallenberger, desarrollaba otra clase de medidor que operara
exclusivamente en corriente alterna. En 1888 Shallenberger recibi
una patente para este El medidor de amperio-hora utilizaba algunos
nuevo principio de medidor.
principios del medidor de energa elctrica (watthora) de c.a.,
pero era como un diseo ms sencillo y econmico que este,
Shallenberger crey que este tendra una gran demanda. El medidor de
amperio-hora tena un par de bobinas por donde pasaba la
3
corriente de lnea, otro par de bobinas se coloc en medio de
ambas bobinas.
instaladas a un determinado ngulo
reciban la energa por induccin el flujo producido haca girar un
elemento que
La sencillez y el costo del medidor de Shallenberger no pudieron
con el medidor energa elctrica (watthora) ms utilizada y popular.
Con estos principios varias personas siguieron trabajando en el de
Thomson ya que este utilizaba la medida verdadera de la energa
elctrica y la corriente alterna empezaba a ser
mejoramiento de dichos medidores, hasta llegar al medidor
electromecnico que en la actualidad utilizamos. Bsicamente un
medidor electromecnico se utiliza para medir energa elctrica en kWH
de los cuales a continuacin se detallan sus partes y
funcionamiento. 1.2. Estructura de los medidores electromecnicos
1.2.1. Partes bsicas que lo conforman
El medidor electromecnico consta bsicamente de las siguientes
partes, (figura 1): a) b) c) d) Bobinas de voltaje. Bobinas de
corriente. Imanes permanentes de frenado. Estator.
4
e) f) g) Figura 1.
Disco o Rotor. Eje. Registro. Partes bsicas de un medidor
electromecnico
1.2.2.
Detalle interno
En la figura 2 se muestran los detalles internos de un medidor
electromecnico y los detalles de su conexin: a) b) c) d) e) f)
Bobinas de voltaje con muchas vueltas. Bobinas de corriente con
pocas vueltas. Laminaciones de acero elctrico. Imanes de frenado.
Disco de aluminio. Eje.
5
Figura 2.
Destalle internos del medidor electromecnico
1.2.3.
Estator
El estator consta de un ncleo de hierro con dos bobinas, una de
potencia en paralelo a la red con un aproximado de 8000 vueltas de
un conductor delgado para 240v. y una de corriente en serie a la
red con una o dos vueltas con un conductor grueso como se muestra
en la figura 3. Figura 3. Estructura de un medidor
electromecnico
6
1.2.4.
Operacin
Este medidor funciona bsicamente bajo el principio del Dr.
Ferraris, que se puede producir un torque electro magnticamente por
dos flujos alternos de corriente que tengan tanto un desplazamiento
en tiempo como en espacio en la direccin del desplazamiento
deseado; siendo 90 grados el desplazamiento mximo. En la figura 4
se muestra el diagrama de funcionamiento y su respectivo diagrama
fasorial. Figura 4. Flujos en un medidor electromecnico
1.3.
Medidores de Energa Elctrica utilizados en lneas de
distribucin, subestaciones y grandes usuariosEn la actualidad
para medir la energa elctrica a grandes usuarios, plantas
generadoras, lneas de distribucin y subestaciones, se utilizan
medidores electrnicos multifuncin, a continuacin su analoga con los
electromecnicos.
7
En general todos los medidores reaccionan ante una seal y
devuelven otra seal, por ejemplo una tornamesa, gira un disco, en
dicho disco se apoya una aguja la que toma la lectura anloga, esta
pasa a travs de un amplificador y luego por un parlante el cual
emite una seal sonora anloga, como se muestra en la figura 5.
Figura 5. Entrada anloga salida anloga
Por otro lado, si en sistema le ingresamos pulso (seal no
continua) podemos obtener una salida de la misma manera, como se
muestra en la figura 6.
8
Figura 6.
Entrada digital salida digital
O ingresar una seal anloga y obtener una seal digital, figura 7.
Figura 7. Entrada anloga salida digital
Los medidores electrnicos reciben una seal anloga tanto de
corriente como de potencial, la cual transforma en digital como se
muestra en el diagrama
9
de bloques de la figura 8. Figura 8. Multiplicacin por divisor
de tiempo
1.3.1.
Funcionamiento
a. Compara la seal de voltaje reducido (B) con una seal de
referencia de voltaje con onda triangular (A) dejando pasar ondas
cuadradas como se muestra en (C). b. Enva una seal de corriente
reducida al switch 1 y opuesto a esta onda al switch 2. cuando el
comparador de ondas (c) es positivo, entonces se acepta la seal de
switch 1. Cuando es negativa se acepta la del switch 2. c. Esto
produce a la entrada del integrador una onda que tiene un ancho
proporcional al voltaje de la entrada y altura proporcional a la
corriente de la entrada. d. Esta seal se enva al integrador que
suma las secciones de la onda.
10
e. Cuando se alcanza un total predeterminado el generador de
pulsos enva un pulso de salida al registrador. 1.3.2.
Estructura
Bsicamente los medidores electrnicos multifuncin utilizados en
la actualidad para registrar los consumos de energa elctrica en
Industrias, Subestaciones, Generadores, etc. estn formados por
varias tarjetas o tableros con circuitos impresos que cumplen
diferentes funciones y vienen ensambladas de muy diversas maneras,
pero bajo el mismo principio como se muestra en la figura 9. Figura
9. Diagrama de bloques de medidor electrnico
11
a. Censores de corriente y voltaje.
Son los encargados de tomar las
muestras reales de voltaje y de corriente y disminuirlas para
luego enviarlas a la plataforma de adquisicin de datos. b.
Plataforma de adquisicin de datos. Este recibe las ondas senoidales
de corriente y voltaje, las convierte en pulsos (convierte la seal
anloga en digital) dichos pulsos los compara con una onda
triangular permanente dicha plataforma c. entregara una serie de
pulsos los cuales los cuales se les determina su magnitud. Esta
normalmente se le llama plataforma de instrumento. d. Suministro de
poder. Toma la seal de cualquiera de los tres potenciales y la
trasforma a una magnitud ms pequea y convertida a c.d. con la que
sern alimentados todos los circuitos o componentes electrnicos del
medidor, adems de contar con una fuente de alimentacin extra en
caso de faltar la seal de la lnea, que el la batera, encargada de
mantener con alimentacin los circuitos mas importantes de la
memoria del medidor para que este no pierda sus registros. e.
Microcomputadora: Encargada de procesar toda la informacin
proveniente de la plataforma de adquisicin de datos, enviarla a
donde corresponda para su almacenamiento, enviar resultados y
recibir ordenes externas. f. Memoria de perfil de carga. Esta es la
memoria en donde quedan almacenados ciertos resultados de las
lecturas que dependen del tiempo (memoria voltil), o sea que a esta
nunca le puede faltar la alimentacin de c.d., es por esta la razn
de la existencia de la batera. g. EEPROM, Encargada de almacenar
los parmetros del medidor, algunos datos y el programa del mismo
(memoria no voltil). h. Controlador LCD: enva los resultados para
poder visualizarlos en una
12
pantalla de cristal. i. Puertos de comunicacin: aparecen en
pantalla. 1.3.3. Parmetros elctricos que pueden medir Por donde se
puede comunicar con el interior de medidor, ya sea para programarlo
o para obtener resultados que no
Los medidores electrnicos en la actualidad vienen dotados para
medir varios parmetros elctricos, dichos medidores pueden ser
programados para desplegar y almacenar la informacin de una gran
cantidad de formas segn los requerimientos de la instalacin y las
partes involucradas en un punto de suministro determinado, algunos
de estos parmetros se mencionan a continuacin: -Energa , Kwh (en
dos direcciones) total y por fase -Demanda, Kw (en dos direcciones)
-Potencia reactiva, Kvarh.(en los 4 cuadrantes) -Potencia activa,
Kvah -F.P. -Voltajes -Corrientes -Armnicos -Diagrama fasorial.
Estos parmetros pueden ser almacenados en su memoria masiva en
intervalos de tiempo programados, desplegar y almacenar datos en
bandas horarias y otros parmetro, alarmas, histricos, etc. detallar
en el captulo tres. por todo esto estos medidores reciben el nombre
de medidores multifuncin y de los que se
13
1.3.4.
Formas de toma de lectura actual
En la actualidad existen dos formas de toma de lectura a los
medidores electrnicos, una con una computadora con ayuda de un
puerto ptico y el otro es va telfono celular anlogo. 1.3.4.1. Toma
de lecturas va lector ptico
Los medidores de energa elctrica electrnicos de la actualidad
vienen diseados casi en su totalidad con un puerto de comunicacin
ptico, como se puede ver en la figura 10. Para esta toma de lectura
hay que llegar al punto de medida y con la ayuda de una computadora
y un acoplamiento ptico se pueden descargar los datos guardados en
memoria del medidor hacia la computadora a una velocidad de 9600
Baudios.
Figura 10. Acoplamiento ptico
14
1.3.4.2.
Toma de lecturas va telfono celular anlogo
Los medidores electrnicos pueden venir a requerimiento con una
tarjeta MODEM para transmitir datos a una velocidad de 1200 baudios
va telfono celular anlogo y conectarse como se muestra en la figura
11. Figura 11. Transmisin de datos va celular anlogo
O instalado en un punto de medicin como se muestra en la figura
12.
15
Figura 12.
Instalacin de un equipo de medida
16
1.3.4.2.1.
Sistemas anlogos (AMPS)
AMPS (Sistema telefnico Mvil Avanzado, por sus siglas en ingls)
AMPS y los sistemas telefnicos mviles del mismo tipo dividen el
espacio geogrfico en celdas (en ingls cells, de ah el nombre de
telefona celular), de tal forma que las celdas adyacentes nunca
usan las mismas frecuencias, para evitar interferencias. La estacin
base de cada celda emite con una potencia relativamente pequea. La
potencia emitida es tanto ms pequea cuanto ms pequeas sean las
celdas. Un pequeo tamao de celda favorece tambin la reutilizacin de
frecuencias y aumenta, la capacidad del sistema. Sin embargo,
tambin requiere un mayor nmero de estaciones base y por tanto una
mayor inversin. 1.4. Transformadores de medida Normalmente, los
medidores de energa elctrica no se pueden instalar en circuitos
arriba de los 480 voltios y arriba de 200 amperios, para estos
casos se utilizan transformadores de medida. Existen dos tipos de
transformadores especiales que se usan en los sistemas de potencia
para mediciones. Uno es el transformador de potencial y el otro es
el transformador de corriente. Los propsitos especficos para los
que sirven los transformadores de instrumento, son entre otros los
siguientes: a) Aislar los instrumentos de medicin y proteccin del
circuito primario o de alta tensin, permitiendo as medir
indirectamente altos voltajes y altas corrientes.
17
b) Dar mayor seguridad al personal al trabajar con valores
reducidos de corriente como de voltaje. c) Permite la normalizacin
de las caractersticas de operacin de los medidores. 1.4.1.
Transformador de corriente
Transformadores que toman la muestra de la corriente de una lnea
y la reducen a un nivel seguro y medible. En la figura 13 se
muestra el diagrama de un transformador de corriente tpico. El
transformador de corriente consiste en un embobinado secundario
envuelta alrededor de un anillo ferromagntico, con una lnea
primaria nica, primaria. que pasa por el centro del anillo. El
anillo ferromagntico retiene y concentra una pequea muestra de
flujo de la lnea Luego, dicho flujo induce un voltaje y una
corriente en el embobinado secundario. Figura 13. Transformador de
corriente
18
1.4.1.1.
Errores en los transformadores de corriente
Los errores en un transformador de corriente son debidos a la
energa necesaria para producir el flujo en el ncleo que induce la
tensin en el devanado secundario que suministra la corriente a
travs del circuito secundario. Los ampervueltas totales disponibles
para proporcionar la corriente al secundario son iguales a las
ampervueltas del primario menos las ampervueltas para producir el
flujo del ncleo. Un cambio en la carga secundaria altera el flujo
requerido en el ncleo y vara las ampervueltas de excitacin del
ncleo; el flujo de dispersin en el ncleo cambia las caractersticas
magnticas del mismo y afecta a las ampervueltas de excitacin.
1.4.1.1.1. Clasificacin de los errores
Los errores en un transformador de corriente varan con la tensin
para la carga conectada en bornes de los terminales secundarios y
el valor de la corriente secundaria. Norma ANSI: Estn definidas por
los lmites de error, en porcentaje de los
factores de correccin del transformador para una corriente
nominal secundaria del 100%. Los lmites de corriente del 100% se
aplican tambin a la corriente secundaria correspondiente al valor
de corriente trmica continua mxima del transformador de corriente.
Las clases y lmites de precisin definidas en las normas ANSI pueden
verse en la siguiente tabla.
19
Tabla I. corriente
Lmites del factor de correccin del transformador de
Clase de Precisin
Lmites del factor de correccin del transformador
Lmites del factor de potencia (inductivo) de la lnea que se
mide
1.2 0.6 0.3
1.012-0.988 1.006-0.994 1.003-0.997
0.6-1.0 0.6-1.0 0.6-1.0
Tabla II.
Cargas normalizadas para el transformador de corriente
normalizadas con el secundario de 5 A
Designacin de la Carga
Caractersticas de la Carga Resistencia (Ohms) Inductacia
(Millihenries) 0.116 0.223 0.580 2.3 4.6 9.2 18.4
Carga Secundaria a 60 Ciclos Impedancia (Ohms) 0.1 0.2 0.5 1.0
2.0 4.0 8.0 VoltPower amperes Factor 2.5 5.0 12.5 25.5 50.0 100.0
200.0 0.9 0.9 0.0 0.5 0.5 0.5 0.5
B-0.1 B-0.2 B-0.5 B-1 B-2 B-4 B-8
0.09 0.18 0.45 0.5 1.0 2.0 4.0
20
1.4.2.
Transformador de potencial
Es un transformador devanado especialmente, con un primario de
alto voltaje sistema y un secundario de baja tensin, figura 14.
Tiene una potencia nominal muy baja y su nico objetivo es
suministrar una muestra del voltaje del de potencia, para que se
mida con los instrumentos incorporados. Puesto que el objetivo
principal es el muestreo del voltaje, deber ser particularmente
preciso como para no distorsionar los valores verdaderos, estos se
pueden conseguir de distinta precisin, dependiendo de que tan
precisas deban de ser las lecturas. Figura 14. Transformador de
potencial
1.4.2.1.
Errores en los transformadores de potencial
En los transformadores de potencial existen 2 tipos de errores
que afectan a la precisin de las medidas hechas con transformadores
de potencial.
21
1.4.2.1.1.
Error de relacin
Es la diferencia entre la relacin verdadera entre la tensin del
primario y secundario y la relacin indicada en la placa
caracterstica. 1.4.2.1.2. Error de ngulo
Es la diferencia en la posicin de la tensin aplicada a la carga
secundaria y la tensin aplicada al devanado primario. El error de
ngulo se representa con el smbolo (g ), est expresado en minutos y
se define como positivo cuando la tensin aplicada a la carga, desde
el terminal secundario marcado al no marcado, est adelantada
respecto a la tensin aplicada al primario desde el terminal marcado
al no marcado. En el transformador de potencial interesa que los
errores en la relacin de transformacin y los errores de ngulo entre
tensin primaria y secundaria se mantengan dentro de ciertos lmites.
Esto se obtiene sobredimensionando tanto el ncleo magntico como la
seccin de los conductores de los enrollados. La magnitud de los
errores depende de la caracterstica de la carga secundaria que se
conecta al transformador de potencial. Para su clasificacin desde
el punto de vista de la precisin (error mximo en la relacin de
transformacin) las diversas normas sobre transformador de potencial
exigen que los errores se mantengan dentro de ciertos valores para
determinadas caractersticas de la carga.
22
1.4.2.2. Norma Americana ANSI Estas normas han clasificadoras
caractersticas de precisin de los transformadores para el servicio
con aparatos de medicin. La clase y lmites de precisin definidas
por norma ANSI, pueden verse en las siguientes tablas. Tabla III.
Lmites del factor de correccin del transformador de potencial.
Clases De Precisin
Lmites del factor de correccin del transformador
Lmites del factor de potencia de la carga medida (en retardo)
0.6 1.0 0.6 1.0 0.6 1.0
1.2 0.6 0.3
1.012 - 0.988 1.006 - 0.994 1.003 - 0.997
Tabla IV.
Carga normalizada para transformadores de potencial.
Carga.
VA a 120 Voltios.
Factor de Potencia de la Carga.
W X Y X
12.5 25.0 75.0 200.00
0.10 0.70 0.85 0.85
23
Finalmente con esta normalizacin los transformadores de
potencial se designan por la clase de precisin y la letra
correspondiente a la carga normalizada para la cual se garantiza la
precisin. En un transformador designado 0,6W, el error mximo de la
relacin de transformacin no sobrepasa un 0,6% de la razn nominal,
con un factor de potencia 0,1 y al variar la tensin entre 10% ms y
10% menos de la nominal. 1.4.3 Efectos de la temperatura en los
transformadores de medida. Los transformadores de medida tambin
vienen diseados para operar a diversas temperaturas, diferentes a
los 30 grados centgrados ambiente y se pueden cargar de acuerdo a
las curvas de la figura 15. Con un promedio de Por ejemplo,
temperatura y el factor trmico, podemos conocer el porcentaje de
sobre corriente en el primario que podemos cargar al transformador.
usar en un 150 por ciento de la corriente. un transformador con un
factor trmico 2.0 que operar a 55 C. se podr
24
Figura 15. Curvas de temperatura en transformadores de
medida
25
26
2. TRANSMISIN DE DATOS BIDIRECCIONAL
2.1.
Mtodos alternativos de comunicacin remota, ventajas y
Desventajas
Tomado en cuenta que la transmisin de datos va telefona celular
anloga es lenta y est en proceso de obsolencia, es necesario
conocer otros medios de transmisin de datos que se adapte a la
nueva tecnologa y que soporte todo el sistema de medidores para los
grandes usuarios, subestaciones 13.8kv, puntos de intercambio y
generadores actualmente instalados. Actualmente los medios ms
populares para la transmisin de datos son: Telefona Celular
Digital. Telefona Almbrica. Radio Frecuencia (RF) Lneas de
Transmisin. Fibra ptica o Cobre Enlace Satelital.
2.1.1.
Telefona Celular Digital
27
2.1.1.1.
Telefona Celular
Toda la tecnologa Celular de punta es Digital por mltiples
razones que mas adelante se detallan. La forma de instalacin y
conexin del conjunto medidor, MODEM, antena, planta telefnica, etc.
es exactamente igual a las de las figuras 11 y 12 del captulo 1,
pero habr que hacer alguna modificacin en el mismo. Una opcin es
instalar un convertidor anlogo-digital, una planta celular digital
y una antena; para que sea compatible con el MDEM anlogo que
actualmente tienen los medidores, como se muestra en la figura 16.
tecnologa digital. Figura 16. Transmisin de datos va planta celular
digital Otra opcin es sustituir el MDEM interno anlogo actual que
tienen los medidores por otro de
28
2.1.1.2.
Tecnologas en sistemas digitales 2.1.1.2.1. CDMA
(Divisin de Cdigo con Mltiples Accesos, por sus siglas en
ingles): CDMA es una tecnologa genrica que puede describirse, a
grosso modo, como un sistema de comunicaciones por radio celular
digital que permite que un elevado nmero de comunicaciones de voz o
datos simultnea compartan el mismo medio de comunicacin, es decir,
utilizan simultneamente un grupo comn de canales de radio, de forma
que cada usuario puede tener acceso a cualquier canal de forma
temporal; el canal es un trozo de espectro de radio que asigna
temporalmente a un tema especfico, como, por ejemplo, una llamada
telefnica. O en otros trminos las seales individuales se codifican
con una secuencia digital aleatoria. Muchas conversaciones o seales
se llevan a cabo simultneamente enviando todas las comunicaciones
en grupos de bits mezclados a la vez, y etiquetando cada grupo que
pertenece a una comunicacin especfica con un cdigo diferente. Por
tanto, cada comunicacin se puede recomponer en el orden correcto en
el otro extremo, utilizando los cdigos nicos vinculados a
determinados grupos de bits. En base a esto se observa que CDMA es
una tcnica de acceso mltiple y que en CDMA, cada comunicacin se
codifica digitalmente utilizando una clave de encriptacin que
solamente conocen los terminales involucrados en el proceso de
comunicacin.
29
2.1.1.2.2.
TDMA Es un
(Divisin de tiempo con mltiple Acceso por sus siglas en
ingles):
servicio inalmbrico digital que utiliza la multiplexacin por
divisin en el tiempo (TDM). Una frecuencia de radio est dividida en
intervalos de tiempo, y luego los intervalos se asignan a mltiples
llamadas. De esta forma, una nica frecuencia puede admitir varios
canales de datos simultneos. O dicho de otra manera es una
tecnologa para la telefona mvil digital que distribuye los datos en
alternantes ranuras de tiempo proveyendo acceso mltiple a un
reducido nmero de frecuencias radiofnicas. De este modo, una nica
frecuencia radiofnica (un nico canal de comunicacin) puede soportar
flujos de informacin procedentes de usuarios diferentes:
simplemente se deja pasar el flujo de informacin de cada usuario en
distintos intervalos de tiempo cclicos - a tiempo 1 pasan los datos
del usuario A; a tiempo 2 los del usuario B; a tiempo 3 los del A;
a tiempo 4 los del B, etc -. 2.1.1.2.3. GSM
(Sistema Global para las Comunicaciones Mviles, por sus siglas
en ingls): Formalmente conocida como "Group Special Mobile" (GSM,
Grupo Especial Mvil) es un estndar mundial para telfonos mviles
digitales creada con la intencin de desarrollar una normativa que
fuera adoptada mundialmente. El estndar es abierto y no es
propiedad de ningn operador.
30
Para establecer y mantener las comunicaciones entre las
terminales mviles y las estaciones bases de la red, GSM utiliza un
sistema TDMA para cada una de las frecuencias de las que dispone.
La comunicacin en una determinada frecuencia se realiza a travs de
tramas temporales de 4,615 ms, divididas en 8 ranuras cada una. En
esas ranuras se alojan los canales lgicos de GSM, que agrupan la
informacin a transmitir entre la estacin base y el mvil. En 1987 el
estndar GSM fue creado, los ingenieros decidieron usar canales de
200 KHz en lugar de los 30 KHz que empleaba TDMA y en lugar de usar
3 ranuras como TDMA, GSM tena 8 ranuras, lo que permite ocho
llamadas simultneas en la misma frecuencia. GSM es hoy la nica de
las tres que provee servicios de datos tales como email, fax,
navegacin de Internet y acceso intranet/LAN inalmbrico y es el nico
servicio que permite realizar una llamada tanto desde Norteamrica
como desde Europa. 2.1.1.2.4. GPRS
(Servicio General de radiocomunicacin por paquetes, por sus
siglas en ingls): Esta es una ampliacin del sistema de
comunicaciones mviles GSM que admite paquetes de datos. Permite un
flujo continuo de paquetes de datos a travs del sistema, por
ejemplo para aplicaciones que admiten navegacin web y transferencia
de archivos. Con el GPRS, nuestro telfono est siempre conectado a
los servicios de datos, de modo que no es necesario marcar el nmero
cada vez que deseamos acceder a los servicios de datos. Es un paso
entre GSM y las redes celulares de tercera generacin que son las
que transmiten imgen. GPRS ofrece una transmisin de datos ms rpida
(de 31
entre 9,6 Kbits y 115 Kbits) a travs de una red GSM. Esto
permite a los usuarios realizar llamadas telefnicas y transmitir
datos simultneamente. Por ejemplo, si dispone de un telfono mvil
GPRS, podr realizar llamadas y recibir correos simultneamente. Las
principales ventajas de GPRS son que reserva los recursos de radio
nicamente cuando hay datos para enviar y reduce la dependencia en
los elementos tradicionales de red conmutada de circuitos. Los
medidores de lectura remota pueden acoplarse almacenados en
memoria. y transferir los datos
Con los medidores actuales se debe de sustituir el
MODEM actual o acoplar un convertidor anlogo-digital, como se
muestra en la figura 15. Lo ideal en este caso es tener MODEMS de
por lo menos 9600/14.4K baudios para lograr la mayor velocidad en
transmisin de datos. Por otro lado, los medidores pueden transferir
toda su informacin con cualquiera de las tecnologas digitales, para
nuestro caso estamos sujetos a la tecnologa existente en nuestro
pas como es la tecnologa digital GSM. 2.1.2. Telefona almbrica
Esta tecnologa es una de los ms utilizadas en Estados Unidos de
Norte Amrica, y es uno de los mtodos ms sencillos. Este no es ms
que la conexin directa con lnea de cobre entre un medidor, la
central telefnica y la estacin de trabajo en donde se interrogan
los medidores ver figura 17. Con esta tecnologa los medidores
quedan configurados de la misma manera que en un sistema de
comunicacin con celular anlogo, pero los MODEM a 32
instalar son de 2400 baudios en lugar de 1200 baudios utilizado
con telefona celular anlogo. Para poder realizar el cambio habr que
sustituir los MODEM por otras de mayor velocidad por ejemplo de
9600/14.4K baudios y con esto cubrir el objetivo de transmitir a
mayor velocidad y poder obtener la mayor cantidad de datos
almacenados en nuestro medidor en un tiempo mas corto. Figura 17.
Transmisin de datos va lnea directa telefnica
2.1.3.
Radio Frecuencia RF
Este sistema de transmisin de datos esta estructurado bsicamente
por varios medidores comunicados por medio de radio a una
frecuencia aproximada de 900 Mhz. hacia un solo medidor, que es el
medidor colector. 33 Este medidor
colector es el encargado de recolectar toda la informacin de la
memoria de todos los medidores de su alrededor hasta un mximo de
distancia de 1.5 Km vista y toda esta informacin la guarda en su
propia memoria. El siguiente paso es interrogar al medidor
colector, por cualquier otro medio (lnea directa, celular, etc.)
para descargar los datos en su memoria de todos los medidores mas
la propia. Esto implica que todos los medidores tiene que venir
implementados con tarjetas RF de 900Mhz y el medidor colector tendr
que tener una tarjeta RF de 900 Mhz y otra adicional que sera la
una tarjeta MODEM para su comunicacin por telfono si este fuera el
caso. medio de radio frecuencia. Figura 18. Transmisin de datos va
radio frecuencia En la figura 18 se muestra un diagrama de una red
de medidores comunicados por
34
2.1.4.
Lneas de Transmisin (PLC siglas en ingls):
Esta es una tecnologa basada en la transmisin de datos
utilizando como infraestructura la red elctrica. Figura 19. Figura
19 tensin Diagrama de transmisin de datos en una lnea de alta
Y tambin en algunos pases ya ofrecen mediante este medio,
cualquier servicio basado en IP, como podra ser telefona IP,
Internet, videoconferencia, datos a alta velocidad y los mas
importante que se pueden instalar medidores de energa elctrica los
cuales enva su informacin aun colector al inicio de un circuito,
parecido al de la figura 20.
35
Figura 20 Diagrama de servicio de transmisin de datos
Hay dos tipos principales de Power Line Communications (PLC):
2.1.4.1. PLOC
(Power Line Outdoors Telecoms o comunicaciones extrahogareas
utilizando la red elctrica ). Esto es, la comunicacin entre la
subestacin elctrica y la red domstica o industrial.
36
2.1.4.2.
PLIC
(Power Line Indoors Telecoms o comunicaciones intrahogareas
utilizando la red elctrica ). Esto es, utilizando la red elctrica
interior de la casa, para establecer comunicaciones internas. Para
nuestro caso tenemos que partir de la red. El concepto tcnico es
sencillo, desde la estacin de transformacin hasta el usuario final
se utiliza la red elctrica y a partir de la estacin de
transformacin se conecta con la red de telecomunicaciones
convencional. Esto supone que se podr tener acceso a Internet en
cualquier punto de la geografa donde llegue la red elctrica no
siendo necesario acceso a la red telefnica, lo que posibilita el
acceso a internet en puntos donde la red telefnica no existe y por
consiguiente acceso a informacin a todos los medidores de energa
elctrica. Esta tecnologa, para el caso de la comercializacin de
internet an no est disponible en nuestro pas, este servicio
solamente lo prestan algunas distribuidoras de energa elctrica en
Europa. Para el caso de las mediciones elctricas ya hay
dispositivos y medidores que operan con esta tecnologa y que la
estn promocionando en todos los pases y para las distribuidoras de
energa elctrica en Guatemala ya es una opcin de interrogacin
remota. La seal utilizada para transmitir datos a travs de la red
elctrica suele ser de 1,6 a 30 Mhz, la cual difiere mucho de la
frecuencia de la red elctrica 37 de la transmisin de datos
extrahogarea ya que nuestros medidores estn instalados en
diversos puntos
convencional (50 Hz - 60 Hz, segn el pas) esto supone que la
posibilidad de interferencias entre ambas seales es prcticamente
nula, a lo sumo podr haber una pequea proporcin de armnicos del
orden del 0.5%, el cual es muy inferior al 5% normado por IEEE 519,
los transformadores de potencia. Entre las caractersticas ms
destacadas del PLC tenemos: Tecnologa de banda ancha Velocidades de
transmisin de hasta 200 Mbps en el tramo de la Media y Baja
Tensin.
que por su alta frecuencia y muy
pequea amplitud es prcticamente inofensiva para las lneas de
distribucin y
Proceso de instalacin sencillo y rpido para el cliente final.
Enchufe elctrico (Toma nica de alimentacin, voz y datos.) Sin
necesidad de obras ni cableado adicional. Equipo de conexin Mdem
PLC Transmisin simultnea de voz y datos. Conexin de datos
permanente (activa las 24 horas del da) Permite seguir prestando el
suministro elctrico sin ningn problema
Para acceder a este servicio, es necesario un mdem especial PLC
por cada conexin particular domstico o empresa. Este mdem, que es
el nico aparato del que se tendr que preocupar el usuario para el
caso de internet, pero para los medidores, es problema de la
empresa distribuidora y estos medidores se conecta con un equipo
denominado 'repetidor' situado en el cuarto de contadores del
edificio o manzana. Este ltimo equipo puede atender hasta 256
mdems.
38
El costo de estos medidores o los MODEMS no tiene ningn impacto
econmico sobre el usuario ya que en Guatemala las empresas
distribuidoras son las dueas de los equipos de medida y en este
caso tambin de los equipos de comunicacin. 2.1.5 Fibra ptica
La fibra ptica consiste en una o varias gua de luz a travs de un
material especial que la encamina y es aproximadamente del grosor
de un pelo. A esto le podemos aadir que en la fibra ptica la seal
no se atena tanto (hasta 0.2 dB/km en el conductor y 1 dB en los
empalmes) como en el cobre, ya que en las fibras no se pierde
informacin por refraccin o dispersin de luz consiguindose as buenos
rendimientos. las ondas electromagnticas. En el cobre, las seales
se ven atenuadas en mayor grado por la resistencia del material a
la propagacin de Adems, en la fibra ptica se pueden emitir
simultneamente varias seales con distintas frecuencias, lo que en
telefona se llama unir o multiplexar diferentes conversaciones
elctricas. En un sistema de transmisin por fibra ptica existe un
transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnticas
en energa ptica o en luminosa. Una vez que es transmitida la seal
luminosa por las minsculas fibras, en otro extremo del circuito se
encuentra un tercer componente al que se le denomina detector ptico
o receptor, cuya misin consiste en transformar la seal luminosa en
energa electromagntica, similar a la seal original. El sistema
bsico de transmisin se compone en este orden, de seal de entrada,
amplificador, fuente de luz, corrector ptico, lnea de fibra
ptica
39
(primer tramo), empalme, lnea de fibra ptica (segundo tramo),
corrector ptico, receptor, amplificador y seal de salida. En
resumen, se puede decir que este proceso de comunicacin, la fibra
ptica funciona como medio de transportacin de la seal luminosa,
generado por el transmisor de LEDS (diodos emisores de luz) y lser.
Para el caso de la comunicacin que necesitamos con los medidores de
energa elctrica tiene que existir una fibra ptica desde el medidor,
hasta donde se encuentra nuestra estacin de trabajo Figura 21
Figura 21. Diagrama de conexin con fibra ptica
Actualmente en nuestro medio existen diferentes redes de fibra
ptica de diferentes compaas, las cuales prestan el servicio y
arrendamiento de equipo necesario para trasmitir por medio de su
red. La gran desventaja que tiene este
40
medio de transmisin es que abren un canal exclusivo desde la
estacin de trabajo hasta el medidor y esto tendra que hacerse para
todos los medidores lo que se tornara difcil por la cantidad grande
de medidores instalados ya que tendra que abrir una canal que deja
en lnea a cada medidor por ejemplo si hay instalados 500 medidores,
en nuestra estacin de trabajo necesitamos 500 puertos habilitados
RS-232. 2.1.6. Enlace Satelital
Al medidor de energa elctrica se le puede instalar un
dispositivo con una antena que lo enlasar satelitalmente, dicha
informacin tienen que ser bajada primeramente con una antena que
tendr el operador de la red de fibra ptica, antena que se comunica
con el satlite, para enviarla por este medio a la estacin de
trabajo. 2.2. Software para la toma de lecturas va remota
Todos los medidores electrnicos traen su software exclusivo
tanto para su programacin como para su interrogacin pero con estos
programas solamente se puede interrogar un medidor a la vez. Cuando
se trata de un grupo grande de medidores instalados no es tan fcil
interrogar cada uno de los medidores uno por uno, es necesario un
sistema para interrogarlos automticamente y que administre toda
esta informacin. Existen varios tipos de software multivendor para
cumplir con este requerimiento, como por ejemplo: MV90, primeride,
Stara, etc. cumplen con las siguientes caractersticas: 41 los
cuales
2.2.1. Colectar Datos En estos programas hay que identificar a
cada uno de los medidores por su nombre y por su nmero de telfono,
si tuviera una planta celular, una lnea telefnica directa o telfono
a travs de PLC o por su direccin de IP si estuviera conectado por
medio de fbra ptica. Estos a su vez interrogan automticamente a
todos los medidores a una hora y fecha programada. 2.2.2.
Administracin de Datos Estos programas tiene la capacidad de
almacenar toda la informacin que se le programe para que les baje a
los medidores de una manera ordenada y organizada. Para que dicha
informacin pueda ser manipulada y operada por varias estaciones de
trabajo, es necesario que toda esta informacin sea almacenada en
una base de datos. 2.2.3. Generacin de informes y reportes
Despus de haber colectados datos, de organizarlos en una base de
datos, viene la parte esencial o el producto final; y es generar
cualquier informe o reporte para utilizarlos por ejemplo: En
facturacin, observacin de la calidad de la Energa y tomar medidas
en su mejoramiento, balances de energa, estadsticas,
mantenimientos, etc.
42
2.3.
Base de datos
Es cualquier conjunto de datos organizados para su
almacenamiento en la memoria de un ordenador o computadora, diseado
para facilitar su mantenimiento y acceso de una forma estndar. La
informacin se organiza en campos y registros. Un campo se refiere a
un tipo o atributo de informacin, y un registro, a toda la
informacin sobre un individuo. Por ejemplo, en una base de datos
que almacene informacin de tipo agenda, un campo ser el NOMBRE,
otro el TELEFONO, otro la DIRECCIN..., mientras que un registro
viene a ser como la ficha en la que se recogen todos los valores de
los distintos campos para un individuo, esto es, su nombre,
telfono, direccin.. Los datos pueden aparecer en forma de texto,
nmeros, grficos, sonido o vdeo. Normalmente las bases de datos
presentan la posibilidad de consultar datos, bien los de un
registro o los de una serie de registros que cumplan una condicin.
Tambin es frecuente que se puedan ordenar los datos o realizar
operaciones sencillas, aunque para clculos ms elaborados haya que
importar los datos en una hoja de clculo. Para facilitar la
introduccin de los datos en la base se suelen utilizar formularios;
tambin se pueden elaborar e imprimir informes sobre los datos
almacenados. En la figura 22, se muestra la manera en que quedan
instalados cuatro estaciones de trabajo, cada una son su software
para la interrogacin de los medidores y un servidor que contiene la
base de datos.
43
Figura 22.
Estaciones de trabajo con su base de datos
44
3.
USOS QUE SE LE PUEDE DAR A TODA LA INFORMACIN QUE ENVAN LOS
MEDIDORES ELECTRNICOS MULTIFUNCIN.
En los captulos anteriores se describen los medidores
electrnicos y su capacidad de almacenar distintos parmetros
elctricos as como los medios alternativos de comunicacin, que nos
ayudarn a obtener los mayores beneficios. Como en todo proyecto es
necesario saber los beneficios que se puede obtener al ejecutar el
mismo. En aos anteriores era suficiente que los medidores
registraran la energa activa y reactiva en un perodo determinado de
tiempo as como la demanda mxima alcanzada tambin en un perodo
determinado de tiempo. Pero a raz de las exigencias del mercado de
compra y venta de energa elctrica, exigencias de algunos entes
externos reguladores, y del mantenimiento en la propia red elctrica
y de los mismos medidores, ha surgido esta nueva generacin de
medidores que nos proporcionan mucha informacin, y con la ayuda de
la nuevas tecnologa de comunicacin existentes puede ser canalizada
a diversos sectores dentro de las empresas de distribucin para su
respectivo anlisis. Las normas que han surgido por ejemplo son las
del Administrador del Mercado de Mayoristas que es un ente
decretado por el congreso de la republica quien con sus normas
NCC-14 indica las caractersticas que deben de tener los medidores
de energa elctrica para los grandes usuarios. A continuacin
como
45
ejemplo se presenta un resumen de las de las normas que tiene
que ver directamente con el medidor: a. NCC-14.3. Magnitudes a
registrar y almacenar en memoria.
Debern registrarse las siguientes magnitudes: Registro acumulado
de energa activa y reactiva entregada y/o recibida. Potencia activa
y reactiva mxima entregada y/o recibida. Potencia activa entregada
y/o recibida instantnea. Factor de potencia instantneo. Voltaje
instantneo en fases. Se debern almacenar las siguientes magnitudes:
Energa activa entregada y/o recibida para el perodo de integracin.
Energa reactiva entregada y/o recibida para el perodo de
integracin. Potencia activa mxima entregada y/o recibida para el
perodo de integracin. b. NCC-14.8. Comunicaciones.
Cada medidor o registrador deber contar con un medio de
comunicacin que permita efectuar la lectura de memoria de acuerdo a
los das establecidos, deber tener adems la posibilidad de
comunicacin con una computadora mediante conexin con cable o
mediante una interfase ptica. 46
Las anteriores normas ms la necesidad de la empresas
distribuidoras de tener ms registros y mejor comunicacin con los
mimos has obligado al mejor uno de los medidores multifuncin.
tiempo de 10, 15, 30, 60, Estos medidores vienen dotados de una
memoria denominada masiva ya que en ella se almacena en intervalos
de etc., minutos correspondientes a ese perodo de tiempo tales
como: energa activa total y por fase, energa reactiva total y por
fase, energa aparente, demandas mximas total y por fase, voltaje
por fase, corriente por fase, corriente de fuera de balance, factor
de potencia, distorsin armnica, etc. esto en ambos sentidos
(entregado y recibido). Por otro lado, estos medidores pueden
acumular los parmetros elctricos necesarios para facturacin por
bandas horarias a lo largo del da; guardan historiales de diversos
eventos, y despliegan grficos, diagramas fasoriales, valores de
corriente, voltajes y factor de potencia instantneos, etc. Dichos
conceptos se explicaran en este mismo captulo. Toda esta informacin
puede ser enviada a diversos sectores dentro y fuera de la empresa
de distribucin que puede ser para aplicaciones especficas. Antes de
explicar los usos que se le pueden dar a todos los parmetros
elctricos que despliegan o almacenan los medidores multifuncin se
definirn algunos conceptos bsicos, ya que de su interpretacin en el
medidor, se toman muchas decisiones para hacer algunas mejoras.
47
3.1.
Conceptos bsicos de parmetros que registra el medidor
Multifuncin.
3.1.1.
Corriente Elctrica
Cuando se transfieren partculas de carga a travs de cualquier
superficie de dos dimensiones (como la seccin transversal de un
conductor), la tasa de transferencia neta de carga con respecto al
tiempo refiere a la transferencia neta de carga elctrica (dq). se
denomina flujo de La unidad de corriente corriente. Por
consiguiente, es importante recordar el hecho que la corriente se
en el sistema MKS es el ampere (abreviado por medio de la letra A),
equivale a la transferencia de un coulomb de carga por segundo. Si
empleamos el smbolo literal i(t) para la corriente y tenemos la
siguiente ecuacin.
i (t ) =
dq dt
3.1.2.
Energa constituye un
El que la energa no pueda crearse, slo transformarse, postulado
fundamental de la fsica.
Este postulado se conoce como la
conservacin de la energa.muchos tipos de energa,
La energa elctrica puede producirse a partir de como la qumica
(como se conoce la batera), la
mecnica (como el caso de generador hidroelctrico), la atmica (en
un reactor nuclear), etc. La unidad MKS bsica de la energa (o
trabajo) es el joule (J). El sbolo literal que utilizaremos para la
energa es
w(t). en electricidad
48
normalmente la energa est dada en kWH y no es mas que el
trabajo/unidad de tiempo. 3.1.3. Voltaje la
Si se consume energa (como trabajo) sobre una cantidad de
carga,
relacin entre el trabajo y la carga recibe el nombre de voltaje.
Por ejemplo, en una batera se efectan procesos qumicos para
realizar trabajo sobre partculas cargadas, de manera que aparece un
voltaje a travs de sus terminales . joule sumistrada a una carga de
un coulomb. La unidad de voltaje en el sistema MKS en el volt (V),
equivale a una energa de un Emplearemos el smbolo literal
v(t) para el voltaje. Por tanto,dw dq
v(t ) = 3.1.4. Potencia
La cantidad de trabajo que se realiza en el tiempo se define
como potencia. La unidad MKS de la potencia es el watt (W). Es
igual a un joule de trabajo por segundo. Utilizaremos el smbolo
literal p(t) para la potencia. Por consiguiente, en trminos de la
energa, vemos que
p (t ) =
dw dt
y
w(t ) =
p( )d
t
Puesto que no siempre es conveniente la especificacin de
condiciones en
t = (como lo requiere el lmite inferior de la integral en la
relacin anterior),una relacin integral alternativa entre potencia y
la energa que se encuentra
49
con frecuencia es
w(t ) = w(t 0 ) + p( )dt0
t
Pueden escribirse expresiones alternativas similares para
cualquiera de las otras relaciones integrales que se emplean. Como
la tasa de transferencia de carga respecto al tiempo (dq/dt), y el
voltaje es una cantidad determinada por la relacin entre el trabajo
y la carga (dw/dq), vemos que el producto del voltaje por al
corriente (dw/dt), es decir, la potencia. escribirp (t ) = v (t ) i
( t )
En consecuencia, podemos
3.1.5.
Tensin alterna
Una tensin alterna repite peridicamente su valor instantneo u,
tanto en magnitud como en signo (+ o -), es decir, el trazado de su
curva con respecto al tiempo se va repitiendo de forma rectangular,
transcurrido un tiempo T. El valor medido + (media aritmtica de
todos los valores instantneos positivos) es igual al valor medio
(media aritmtica de todos los valores instantneos negativos).
Figura 23. Figura 23. Forma de onda de la tensin alterna
50
3.1.6.
Valores instantneos y de cresta
Para la generacin y el suministro de energa elctrica se recurre
a tensiones alternas de curva senoidal. Una tensin de tales
caractersticas se obtiene por induccin al hacer girar una espira
cerrada a un nmero constante de revoluciones por unidad de tiempo,
es decir, a una velocidad angular constante, en el interior de un
campo magntico (figura 24). Figura 24. Creacin de una onda
senoidal
El valor instantneo u de la tensin vara en funcin del ngulo de
giro de la espira en la figura 22. cresta. Al mximo valor
instantneo de la tensin, tanto si el sentido es positivo como si es
negativo, se le denomina amplitud o valor de Para cada ngulo de
giro de la espira se puede calcular el correspondiente valor
instantneo u de acuerdo con la siguiente ecuacin:
u = .senSi es la velocidad angular, entonces en ngulo recorrido
es:
= .t
51
Por lo que,
u = .sent3.1.7. ngulo de fase
Al momento consideramos con la frmula anterior una tensin
alterna que tenga paso por 0 a positiva cuando t = 0, el ngulo de
barrido t hasta el instante t es el ngulo de fase o, simplemente,
la fase de la tensin alterna. Pero la tensin alterna tambin puede
tener un paso por 0 a positiva en otro instante t por ejemplo, a un
ngulo u antes de t = 0 como se muestra en la figura 23. La forma de
la curva ser entonces la correspondiente a la funcin
u = .sen(t + u )Cuando t = 0, el ngulo de fase (t + u ) , ser (0
+ u ) = u .
Se define
u como el ngulo para el cual la fase de la tensin alterna es
nula o ngulo defase nulo. En el diagrama vectorial de la figura 25,
el vector tensin mantiene un ngulo u de adelanto con respecto al
eje de abscisa o de referencia t = 0 .
Las mismas consideraciones son vlidas cuando en lugar de
tensiones se trate de intensidades alternas:
i = .sen(t + i )52
i ser el ngulo de la fase nula de la intensidad.Figura 25. ngulo
de fases
Si la intensidad y la tensin tienen su paso por 0 a positivas en
el mismo instante (figura 23), significa que tienen el mismo ngulo
de fase nula, es decir, que u = i . Tensin e intensidad estarn en
igualdad de fase o, simplemente en fase. 3.1.8 Desfase
En muchos casos, la intensidad y la tensin no estn en fase,
entonces cada una de ellas se comporta siguiente su respectiva
ecuacin:
u = .sen(t + u ) y i = .sen(t + i )
53
Figura 26. Desfase entre fases
Como podemos ver la tensin pasa por 0 antes que la intensidad y
la diferencia entre ambas es:
= u i
se define como el ngulo de desplazamiento de fase o desfase
entre latensin y la intensidad. Decimos entonces que la tensin
lleva un adelanto de fase de o bien que la intensidad lleva un
retraso de fase (figura 26).
Podemos decir tambin que existen tres comportamientos diferentes
segn tres tipos de cargas diferentes (resistiva, reactancia
inductiva y reactancia capacitiva) que provocan adelantos o atrasos
entre las ondas de voltaje y
54
corriente, como se muestra en la figura 27. Figura 27. Desfases
con distintas cargas
3.1.9.
Corrientes trifsicas
En una red de alimentacin con solo dos conductores resulta
insuficiente en muchos casos debido al gran consumo de energa que
precisan un gran nmero de instalaciones y aparatos. Por ello, para
la obtencin y distribucin de la energa elctrica se suele utilizar
el sistema de corrientes alternas trifsicas, llamado tambin
simplemente sistema trifsico. De este otro modo se disponen
55
de otras tensiones diferentes. Y esta no es ms que tres
tensiones alternas acopladas y desfasadas 120 como se muestra en la
figura 28. Figura 28. Desfase entre tensiones trifsicas
En donde U R , U S y U T podran ser voltaje en la fase a (VA),
voltaje en la fase b (VB) y voltaje en la fase c (VC)
respectivamente o corrientes (IA) de la fase a, (IB) de la fase b e
(IC) de la fase c respectivamente. Por lo tanto, el clculo de la
potencia ser un poco distinta a la descrita en el inciso 3.1.5 para
la potencia en una sola fase, a parte que los distintos tipos de
carga provocan (resistiva, reactiva inductiva y reactiva
capacitiva) provocan cada una un tipo de potencia diferente que son
las siguientes:
56
3.1.9.1.
Potencia Activa
Esta potencia no es mas que la potencia que necesitan las cargas
totalmente resistivas y esta determinada por la siguiente
ecuacin:
P = 3.U .I . cos
3.1.9.2.
Potencia Reactiva
Es la potencia requerida por las cargas reactivas ya sea
inductivas o capacitivas y esta determinada por la siguiente
ecuacin:
Q = 3.U .I .sen
3.1.9.3.
Potencia Aparente la potencia activa y la reactiva
Es la potencia resultante o total entre determinada por la
siguiente ecuacin:
S = 3.U .IDichas potencias generalmente se representan con un
tringulo rectngulo, conocido como el triangulo de las potencias,
como se muestra en la figura 29
57
Figura 29. Tringulo de potencias
3.1.10.
Factor de Potencia
El factor de potencia simplemente es un indicativo de que parte
de la potencia aparente se transforma en potencia activa. El factor
de potencia es el
cos .
El ngulo es el ngulo de desfase entre la corriente y el
voltaje.
Se dice
que si la onda de corriente va un ngulo por detrs del voltaje
existe carga inductiva (transformadores, motores, etc.) entonces
este tiene un factor de potencia en atraso. potencia en adelanto.
Tambin este ngulo puede estar definido por un tringulo rectngulo
Figura 27 en donde el factor de potencia es: Si la onda de
corriente va un ngulo por delante del
voltaje existe carga capacitiva (capacitares) entonces este
tiene un factor de
cos =
P S
58
3.1.11.
Distorsin armnica
La distorsin armnica es cuando el voltaje o la corriente de un
sistema elctrico tiene deformaciones con respecto a la forma de
onda senoidal, y se dice que la seal esta distorsionada.
diferentes: Dispositivos electrnicos de potencia Dispositivos
productores de arcos elctricos Dispositivos Ferromagnticos Algunos
de los equipos y procesos que se ubican en estas categoras son:
Motores de corriente directa accionados por tiristores Inversores
de frecuencia Fuentes ininterrumpidas UPS Computadoras Equipo
electrnico Hornos de arco Hornos de induccin Equipos de soldadura
Transformadores sobreexcitados. Este concepto proviene del teorema
de Fourier y define que, bajo ciertas condiciones analticas, una
funcin peridica cualquiera puede confederarse integrada por una
suma de funciones senoidales, incluyendo un trmino constante en
caso de asimetra respecto al eje de las abscisas, siendo la primera
armnica, denominada tambin seal fundamental, del mismo perodo y 59
Esta es producida por tres categoras
frecuencia que la funcin original y el resto sern funciones
senoidales cuyas frecuencias mltiplos de la funcin de la
fundamental. Estas componentes son denominadas armnicas de la
funcin peridica original. (figura 30). Figura 30. Componentes de la
funcin peridica original
60
Las ondas simtricas contienen
nicamente armnicas impares, mientras
que para ondas asimtricas existen tanto armnicas pares como
impares. Cuando se aplica un voltaje senoidal a cargas tales como
resistencias, inductancias, capacitares, se produce una corriente
proporcional que tambin es senoidal, por lo que se denominan cargas
lineales (fig. 31) Figura 31. Carga lineal. Corriente y voltaje
siempre proporcionales a lo largo de la lnea de impedancia
En los circuitos en los que su curva corriente-voltaje no es
lineal, el voltaje aplicado no es proporcional a la corriente, el
resultado es una seal distorsionada con respecto a la senoidal.
(Fig. 32). 61
En conclusin la distorsin armnica en los sistemas elctricos es
provocada por las cargas no lineales, contaminando la red y
pudiendo afectar incluso a otros usuarios que posean nicamente
cargas lineales. Figura 32. Cargas no lineales
3.1.11.1
Distorsin armnica total
Es la relacin entre el contenido armnico de la seal y la primera
armnica o fundamental . Su valor se ubica entre el 0% e infinito.
Es el parmetro de medicin de distorsin ms conocido, por lo que es
recomendable para medir la distorsin en parmetros individuales (V y
I). estn determinada de la siguiente manera: 62 y
3.1.11.1.1 Distorsin en voltaje ( THDVN )
Esta est determinada de la siguiente manera:
THDVn =
Vh=2
2 h
In
X 100%
Donde:
Vh : Vn :
Magnitud de la componente armnica individual Voltaje nominal
fundamental del sistema Orden de armnico
h:
Estas le corresponden al distribuidor controlarlas y existen
lmites segn ciertas normas como se muestra en la tabla V. Tabla V.
Lmites para la distorsin armnica de voltaje, segn normas IEEE
63
3.1.11.1.2 (TDD) Esta est determinada de la siguiente
manera:
Distorsin en corriente
TDD =En donde:
Ih=2
2 h
IL
X 100%
Ih :IL :
Magnitud de la armnica individual Corriente mxima fundamental de
la carga Orden de armnico impar.
h:
Los lmites mximos de esta tambin estn bajo ciertas normas como
se muestra en la tabla VI. Tabla VI. Lmites para la distorsin
armnica de corriente segn normas IEEE
64
3.2.
Usos y aplicaciones de la informacin.
A continuacin se ejemplifica por medio de un grfico algunas de
las reas y usos dentro y fuera de una empresa distribuidora en
donde puede ser de mucha utilidad esta informacin obtenida por los
medidores electrnicos multifuncin, figura 33. Figura 33. Usos de la
informacin obtenida de los medidores
3.2.1.
Calidad del Servicio
La calidad de la energa se puede definir como la ausencia de
interrupciones, sobre-tensiones, deformaciones producidas por
armnicas en la red y variaciones de voltaje suministrado al
usuario. 65
Se puede decir, que el objetivo de la calidad de la energa es
encontrar los caminos efectivos para corregir los disturbios y
variaciones de voltaje en el lado del usuario, y proponer
soluciones para corregir las fallas que se presentan en el lado del
sistema de la compaa suministradora de energa elctrica, para lograr
con ello un suministro de energa elctrica con calidad. Adems
prestar un servicio de calidad es una parte elemental para un
distribuidor de energa elctrica para su buena relacin con el
cliente, por otro lado la calidad del servicio en nuestro pas est
supervisado y el mal servicio penalizado por entidades reguladoras
externas a la empresa distribuidora. Para lograr el objetivo del
suministro de energa elctrica con calidad una herramienta muy til
es el medidor de energa elctrica electrnico multifuncin, estos
valores de calidad de energa son un valor agregado que dan los
medidores multifuncin. Para el control de la calidad de la energa
necesitamos que los medidores de energa elctrica registren en su
memoria masiva cada 15 minutos los siguientes parmetros: kWH total
kWH por fase kVARH Voltaje por fase Corriente por fase Factor de
Potencia Armonicos (THD)
66
Como se muestra en la Tabla VII:
Tabla VII. Datos almacenados en la memoria masiva de un medidor
electrnico multifuncin
FECHA 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005
05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005
05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005
HORARIO 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30
13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15
IA 0.3
IB
IC
VA
VB
VC
WH WHA WHB WHC VARH F.P. THD 96 36 42 42 30 24 24 18 18 24 24 30
36 42 48 36 36 42 48 42 36 30 24 24 30 30 36 36 42 48 54 54 48 18
30 24 18 18 12 6 18 24 24 30 30 36 36 30 30 44 58 39 43 39 18 12 22
33 41 44 55 37 55 44 16 0.91 0.9 0.94 0.89 0.88 0.96 0.97 0.95 0.92
0.9 0.91 0.89 0.96 0.93 0.94 0.99 0 0 0 0 0 5 0 0 4 0 0 0 10 0 0
0
0.36 0.15 119 118 119
0.36 0.41 0.26 118 118 117 120 0.35 0.35 0.2 120 119 118 108 84
72 60 48 66 78 84 96
0.26 0.31 0.15 117 116 118 0.2 0.2 0.26 0.15 118 117 118 0.21
0.1 117 116 117
0.15 0.21 0.05 117 116 117 0.15 0.26 0.15 116 115 117 0.21 0.26
0.21 116 115 117 0.21 0.32 0.21 116 114 117 0.26 0.32 0.26 115 114
116
0.31 0.37 0.26 115 113 116 108 0.36 0.41 0.31 117 116 117 126
0.41 0.46 0.31 118 117 118 138 0.31 0.46 0.25 117 118 119 120 0.31
0.41 0.26 116 117 117 114
A continuacin se detalla el significado de cada una de las
columnas de la tabla, interpretacin de los resultados y posibles
soluciones a algn problema: FECHA: Es la fecha en cualquier formato
programado en que
ocurrieron los eventos de las columnas de la derecha. HORARIO:
Es la hora en que ocurrieron los eventos almacenas en las
67
columnas de la derecha. Esta dos son de mucha importancia para
llevar el control de fechas y horarios en que ocurren eventos
indeseados. IA, IB y IC: Son las corrientes en la Fase A, B, C
respectivamente,
los cuales son muy importantes para la calidad del servicio
mantenerlas balanceadas o en otras palabras con las magnitudes muy
parecidas para que el sistema funcione correctamente, los
desbalances entre las fases son muy fciles de detectar con esta
memoria masiva. Si hubiera algn problema de desbalance habra que
hacer un estudio para corregirlas. Con VA, VB Y VC que son los
voltajes en las fases A, B y C respectivamente se puede observar la
regulacin de voltaje por fase en el circuito el cual es
recomendable que se mantenga en + 5% del valor nominal para que los
equipos de los usuarios funcionen en ptimas condiciones y no sufran
fallas, si esta regulacin se saliera del lmite tambin habr que
hacer el estudio respectivo para la instalacin o modificacin de los
reguladores de voltaje u otros dispositivos. Con los WHA, B, C que
son las potencias reales en las fases A, B y C respectivamente, se
usan para lo mismo que con las corrientes, esto servira para
validar si el sistema est balanceado o desbalanceado. Con el F.P.
podemos verificar si el factor de potencia se encuentra por debajo
del lmite establecido por las normas tcnicas de calidad del
servicio de trasporte y sanciones, si este se encuentra por debajo
habr que hacer el estudio correspondiente para instalar o mejor
algn banco de capacitares.
68
Con el dato de la distorsin armnica total (THD) que puede
medirse por separado, distorsin armnica para voltaje o para
corriente, se puede observar que porcentaje de los valores de la
onda de la componente fundamental estn distorsionadas, las cuales
pueden repercutir en el sistema como se explica en el inciso 3.1.11
si la misma se est salido del los lmites normados, si el porcentaje
de la distorsin armnica supera el porcentaje normado, habr que
hacer el estudio para la instalacin de equipos para la reduccin de
las mismas. Estos datos tambin pueden ser almacenados para poder
tener un historial de una lnea o circuito y de un cliente para
poder ver como ha sido el servicio prestado y como se puede mejor
en el futuro. Lo anterior es referente a la memoria masiva de un
medidor el cual nos despliega un valor promedio a cada 15 minutos,
pero tambin le podemos explotar los mismos parmetros que en la
memoria masiva, pero en valores instantneos, para cuando se est
ajustando algn equipo monitorearlo para observar los cambios hasta
que los trabajos queden concluidos. A continuacin se muestran un
diagrama unifilar de la ubicacin de los medidores tanto en circuito
como con clientes conectados a una misma lnea, figura 35.
69
Figura 34.
Diagrama unifilar subestacin elctrica-cliente
3.2.2.
Mercadeo
Es importante dentro de la funcin de mercadeo, conocer el
significado de cada uno de los parmetro elctricos que puede
registrar el medidor electrnico multifuncin y as poderle mostrar y
explicar al cliente las ventajas de almacenar todos esos parmetros
como medio para auditar la calidad del servicio que se presta.
Apartir la figura 34 , se obtiene la siguiente informacin til para
esta auditora. FECHA: HORA: WH: La fecha en que ocurre un evento.
La hora en que ocurre un evento en rangos de 15 minutos. Potencia
activa o watts hora acumulada en rangos de 15 70
minutos WHA: WHB: WHC: VARH: F.P.: VA: VB: VC: IA: IB: IC: THD:
Potencia activa o watts hora acumulada en rangos de 15 minutos en
la fase A. Potencia activa o watts hora acumulada en rangos de 15
minutos en la fase B. Potencia activa o watts hora acumulada en
rangos de 15 minutos en la fase C. Potencia reactiva varh acumulada
en rangos de 15 minutos. Factor de potencia cada 15 minutos.
Voltaje promedio calculado en cada rango de 15 minutos en la fase
A. Voltaje promedio calculado en cada rango de 15 minutos en la
fase B. Voltaje promedio calculado en cada rango de 15 minutos en
la fase C. Corriente consumida en la fase A en rangos de 15
minutos. Corriente consumida en la fase B en rangos de 15 minutos.
Corriente consumida en la fase C en rangos de 15 minutos.
Armnicos.
Por otro lado, los medidores a lo largo de la historia se han
utilizado para medir la energa elctrica consumida en un perodo de
tiempo determinado, normalmente mensual. horaria. La banda horaria
no es ms que la acumulacin de energa elctrica en un sub-perodo de
tiempo del da, por ejemplo: de 18:00 a 22:00 horas. El medidor 71
Estos medidores pueden almacenar la energa consumida en pequeos
rangos de tiempo diarios lo que se conoce como banda
internamente va acumulado toda la energa consumida en un perodo
de tiempo por ejemplo un mes, pero solo en el horario
correspondiente al sub-perodo.. Esto puede ser de gran utilidad
para el mercadeo ya que se puede ofrecer la energa elctrica a
distintos precios en el transcurso del da, o dicho en otras
palabras, la empresa distribuidora asigna un precio diferente en
cada rango de horas en el da. que la El consumidor, si as lo desea,
pude usarla en los horarios en tenga ms econmica la energa para
tener un mejor distribuidora
rendimiento en los costos de produccin. Un ejemplo de la una
distribucin horaria para bandas horarias se muestra en la tabla
VIII.
Tabla VIII. Tabla de distribucin de tiempos de uso
01:00
02:00
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
BANDA A BANDA B BANDA C
BANDA D
En la tabla VIII se indica que a este medidor se le programaron
4 bandas horarias lo que significa que la empresa distribuidora le
cobrar con 4 diferentes
72
00:00
precios la energa, este es uno de los factores de mayor peso
para el mercadeo. Estos medidores tiene otra gran caracterstica que
le puede ser de mucha utilidad al cliente. Estos se pueden
programar para que enven tantos pulsos como eventos hayan ocurrido,
como por ejemplo si la demanda llega a una cantidad muy grande este
avisar enviado un pulso que se puede utilizar para activar una
alarma, activar un equipo, etc.. A esto se le llama KYZ de lo que
se detallar en la seccin 3.6 de este captulo. 3.2.3. Control de la
instalacin
Es de vital importancia que todo equipo de medida quede bien
instalado para una buena facturacin o para no perjudicar a un
cliente. Normalmente cuando se hace una instalacin nueva de un
equipo de medida (transformadores de medida y medidor), el personal
de campo responsable del trabajo debe de percatarse que el medidor
quede bien instalado, lo que los lleva a hacer pruebas de rutina en
la instalacin. Al usar el medidor con las caractersticas de las que
hemos tratado en el captulo anterior, podremos hacer algunas
pruebas y chequeos a distancia del medidor y por consiguiente de la
instalacin. Al momento de energizar el medidor en su nueva
instalacin, este automticamente, comienza a almacenar datos y entre
ellos diagramas Con estos fasoriales, y valores instantneos de
corriente voltaje y potencia.
valores instantneos son con lo que se puede hacer una comparacin
entre lo que est registrando el medidor instalado en ese momento y
lo que el personal de campo est obteniendo con su equipo de campo.
73 Por eso, es de mucha
importancia que el medidor tenga un medio de comunicacin
eficiente desde un inicio, para poder monitorearlo. Figura 35.
Diagrama fasorial normal
En la figura 35 se muestran los datos obtenidos de un medidor
instalado, los cuales pueden compararse con los obtenidos por el
personal de campo. Esta figura a simple vista refleja una
instalacin en buen estado, en cuanto a su secuencia y relacin de
fases, solamente habr que comparar los datos de voltajes,
corrientes y ngulos con los obtenidos con el equipo de campo y
comprobar que todo coincida, en esta figura se puede observar que
los parmetros bsicos se estn registrando, ya que de ellos de
depende que todos los dems parmetro que almacene el medidor sean
las lecturas correctas. Por ejemplo, si en la misma instalacin se
encuentra el diagrama fasorial de la figura 38. el cual no muestra
un voltaje, la persona en su estacin de trabajo
74
detecta el problema e informa inmediatamente al personal de
campo que en la instalacin o en el propio medidor existe un
problema que hay que reparar. Este problema puede se causado por
que el trasformador de potencial de dicha fase est daado, que la
lnea de ese voltaje en algn punto de conexin tenga un falso
contacto o este roto o que el mismo medidor est daado internamente
lo cual provocara la sustitucin inmediata. se puede garantizar una
instalacin exitosa. Figura 36. Diagrama fasorial con problema Y as
de esta manera
Adicionalmente el personal de campo chequea voltajes y
corrientes en el primario, luego en secundario de los
trasformadores de medida los que deben coincidir con los que est
registrando el medidor. instante con el personal de campo. Los
valores registrados por el medidor son trasladados va remota al
operador que los comparar en el mismo
75
Tambin se puede lograr este chequeo de la nueva instalacin
solamente con el personal de campo, ya que los medidores pueden
desplegar la informacin y parmetros que despliega el propio equipo
de campo, como se muestra en la figura 37. y garantizar que la
lectura que registre el medidor sea la correcta. Figura 37. Display
de un medidor electrnico multifuncin
3.2.4.
Planificacin
Esta rea es muy importante dentro de la estructura de una
empresa de distribucin de energa elctrica ya que en ella se
analizan los circuitos o lneas de distribucin y as poder determinar
y cumplir con objetivos como siguientes: Satisfacer la demanda en
cada lnea o circuito. Hacer las trasferencias de carga entre lneas
o circuitos adecuadas. Diagnosticar circuitos, lneas de distribucin
y usuarios, para pronosticar su crecimiento. Planteamiento de
objetivo. los
76
Y definir acciones para cumplir los objetivos. Otros. En la
etapa de diagnstico y pronstico la informacin ms importante que se
necesita es la energa (kWH) y la demanda (kW); por eso es
importante contar con medidores de energa elctrica con memoria
masiva de la energa, para tener informacin precisa. A continuacin
un ejemplo:FECHA 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005
05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005
05/12/2005 05/12/2005 05/12/2005 HORARIO 11:45 12:00 12:15 12:30
12:45 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 KWH 20 18 14
12 10 8 11 13 14 16 18 21 23 KW Max. 28 26 20 19 19 15 16 21 23 25
22 25 30
En donde las columnas tiene el siguiente significado: FECHA:
HORA: KWH: La fecha en que ocurre un evento. La hora en que ocurre
un evento en rangos de 15 min. La energa en Kilowatts-hora
acumulada en cada 15 min.
KW Max.: Demanda mxima Kilowatts en cada intervalo de 15
min.
77
Esta informacin puede obtenerse en un rango de tiempo
determinado y para cada circuito o lnea de distribucin, instalando
los medidores apropiados en cada punto a evaluar. Teniendo un
historial de este tipo podemos ver: El horario diario en que sucede
la demanda mxima: para poder ver si esta carga la soporta la lnea o
el transformador sin sufrir daos. Horarios en que se pueden hacer
trasferencias sin afectar la capacidad de la lnea ni del
transformador. Segn el historial podemos ver la tasa de crecimiento
y ver si a futuro tanto la lnea como el transformador podrn
satisfacer la demanda. Los mejor para todo esto, es graficar todo
un historial y de esta manera podemos ver de una manera ms sencilla
el comportamiento en el tiempo de dicho circuito, figura 38.
78
Figura 38. circuitos. A16000 14000
Grficos de demandas mximas mensuales de dos
B12000
1000012000
800010000
kW
kW
8000 6000 4000 2000
6000
4000
2000
0M a y -0 5 M a r-0 5 A b r-0 5 A g o -0 5 N o v -0 4 F e b -0 5
N o v -0 5 O c t-0 4 J u n -0 5 O c t-0 5 D ic -0 4 J u l-0 5 S e p
-0 4 E n e -0 5
0O c t-04 M ar-05 Ene-05 F eb-05 M ay -05 N ov -04 O c t-05 D ic
-04 J un-05 Ago-05 N ov -05 Sep-04 Sep-05 Abr-05 D ic -05 J
ul-05
Mes
Mes
Si los datos de los grficos de la figura 40 por ejemplo
pertenecen a una subestacin con un transformador de potencia de 25
MVA con dos circuitos A y B representados con las dos grficas,
ambos con conductores de 750 MCM, se puede notar que los
conductores de ambas estn llegando a su capacidad mxima al igual
que el transformador. Por lo que, por ejemplo, como medida
inmediata, habr que traslada
