E.U.P. Universidad de Sevilla - Sección Sindical … - calidad... · I. Conceptos básicos en Teoría de ... en equipos de medida, ... por una red pública de distribución de baja

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Calidad de Suministro Eléctrico

E.U.P. Universidad de SevillaDpto. de Ingeniería EléctricaVirgen de áfrica, 741011 SevillaTelf.: +34 95 455 28 30; Fax: +34 95 455 62 18Web: www.irnase.csic.es/users/invespot/index.htm

Juan Carlos Bravo Rodríguez E-Mail: [email protected]

2

Investigación en calidad de la señal

http://www.irnase.csic.es/users/invespot/index.htm

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I. Conceptos básicos de Potencia: Índice

• Introducción• Régimen permanente senoidal

– Potencia Instantánea, activa y reactiva– Potencia Aparente. Potencia compleja– Factor de Potencia. Importancia y corrección.

• Régimen permanente no senoidal– Teoría general– Carga no lineal con excitación senoidal– Potencia activa, reactiva y de distorsión– Corrección del factor de potencia.

4

I. Conceptos básicos en Teoría de Potencia :Introducción

( ) ( ) ( )

( )

dW t u t i t dtdWp tdt

=

=

Potencia instantánea: ( ) ( ) ( )p t u t i t=

5

Régimen permanente senoidal

I. Conceptos básicos en Teoría de Potencia:Introducción

6

I. Conceptos básicos en Teoría de Potencia: Potencia instantánea

i(t)

+u(t) Dipolo

( ) 2

( ) 2 ( )

u t Usen t

i t Isen t

ω

ω ϕ

=

= −

( ) ( ) ( ) 2 ( )p t u t i t UIsen t sen tω ω ϕ= = −

[ ]1 cos( ) cos( )2

senasenb a b a b= − − +

( ) cos cos(2 )p t UI UI tϕ ω ϕ= − −

Término constante Término fluctuante

7

Potencia instantánea

p(t)

u(t) i(t)

P

Definición: [ ]0

1 cos cos(2 cosT

P UI UI t dt UIT

ϕ ω ϕ ϕ= − − =∫0

1 ( )T

P p t dtT

= ∫

cosP UI ϕ= [ ]W

8

Relación Potencia Activa-Energía

( ) dWp tdt

=

( ) [ ]( ) ( ) cos cos(2 ) cost

tW W t W t UI UI t dt UI

ττ τ ϕ ω ϕ τ ϕ

+= + − = − − =∫

Energía recibida por el dipolo en un intervalo de tiempo

( )W Pτ τ=

9

Potencia instantánea

( ) cos cos(2 ) cos( ) cos cos( ) cos (1 cos 2 ) (2 )

( ) cos (1 cos 2 )( ) (2 )

a

r

p t UI UI t a b a b senasenbp t UI t UI sen sen t

p t UI tp t UI sen sen t

ϕ ω ϕϕ ω ϕ ω

ϕ ωϕ ω

= − − ⇒ − = +⇒ = − −

= −

=

P(t)Pa(t)

Pr(t)

Q

P

10

P y Q según las características del Dipolo

cos 02 2

P UIπ πϕ ϕ− ≤ ≤ = ≥

0 0 0P Qϕ = ⇒ > =

22 UP UI I R

R= = =

• Dipolo Pasivo

• Resistencia

• Bobina

• Condensador

2 2

0 02

L

P Q

Q UI LI X I

πϕ

ω

= ⇒ = >

= = =

2 2

0 02

1C

P Q

Q UI I X IC

πϕ

ω

= − ⇒ = <

= = =

11

Potencia Aparente

[ ]UI PotenciaUI Potencia Aparente S VA

=

=

Corriente continua:

Corriente alterna:

Relaciones entre P, Q y S

Capacidad del sistema para transferir energía

2 2

cos cosP UI SQ UI sen S sen

S UI P Q

ϕ ϕϕ ϕ

= == =

= = +

12

Definición: S P jQ= +

TT

T

P PS S

Q Q

⎧ =⎪= ⇒ ⎨=⎪⎩

∑∑ ∑

S

Teorema de Boucherot:

Triángulo de potencia: Eje Imaginario

Eje RealP

jQ

ϕ

Potencia Compleja

13

Factor de Potencia

. . . cos cosR P SP P UIFP FP

S S UIϕ ϕ= ⇒ = = =

coscosP UI

Iϕ

ϕ

=

↓ ⇒ ↑

Definición:

G GR jX+ L LR jX+I

U

Receptor

Potencia Activa P GE

+ +

-

CONSECUENCIAS

•Pérdida Joule

•Menor aprovechamiento del sistema

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Corrección del factor de potencia

U

U

I

I

Z ϕ<

Z ϕ<C

S

Q

P

ϕ

ϕ'ϕ

'P P=

S'SQ CQ

'Q

' CQ Q Q= +Q P tgϕ=

' 'Q P tgϕ=

2'P tg P tg CUϕ ϕ ω− = −

2 2CQ BU CUω= − = −

2'P tg P tg CUϕ ϕ ω− = −

2

( ')P tg tgCU

ϕ ϕω−

=

15

Conceptos básicos de Potencia: Régimen permanente no senoidal

RÉGIMEN PERMAMENTE n-SENOIDAL

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Régimen permanente no senoidal

( ) 2 ( ) 2 ( )n n m mn N m M

u t U sen n t U sen m tω α ω α∈ ∈

= + + +∑ ∑( ) 2 ( ) 2 ( )n n n l l

n N l Li t I sen n t U sen l tω α ϕ ω β

∈ ∈

= + − + +∑ ∑

M N L

u i2 2 2

0

2 2 2

0

1

1

T

n mn N m M

T

n ln N l L

U u dt U UT

I i dt I IT

∈ ∈

∈ ∈

= = +

= = +

∑ ∑∫

∑ ∑∫

17

Análisis de Fourier

0 01 1

( ) cos( ) ( ) ( )n n

h h h hh

f t A a h t b sen h t A c sen h tω ω ω θ=

= + + = + +∑ ∑

2

0 0

1 ( )2

A f x dx

x t

π

πω

=

=

∫

2

0

1 ( ) cos( )ha f x hx dx

x t

π

πω

=

=

∫2

0

1 ( ) ( )hb f x sen hx dx

x

π

πω

=

=

∫

2 2

1

h h h

hh

h

c a bbtga

θ −

= +

=

11h c= ⇒ ⇒ FUNDAMENTAL

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Armónicos y espectros

( ) ( )f t A sen tω ω=1( ) ( ( ) (3 ))3

f t A sen t sen tω ω ω= +

1 1( ) ( ( ) (3 ) (5 ))3 5

f t A sen t sen t sen tω ω ω ω= + +1 1 1( ) ( ( ) (3 ) (5 ) (7 ))3 5 7

f t A sen t sen t sen t sen tω ω ω ω ω= + + +

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Valor medio y valor eficaz

0

1I ( )T

med i t dtT

= ∫0

1 ( )T

medE e t dtT

= ∫

0

1 ( ) ( )T

med medP e t i t dt E IT

= ≠ ⋅∫

2

0

1 ( )T

RMSF f t dtT

= ∫

1 1

2

0

Si la función es senoidal: ( ) 2 ( )

1Si la función en no senoidal: ( ) 2 ( ) ( )

RMS

T

n n RMS RMSn

f t F sen t F F

f t F sen n t F F f t dtT

ω α

ω α

= ⋅ ⋅ + ⇒ =

= ⋅ ⋅ + ⇒ = =∑ ∫

20

Valor eficaz de una función no senoidal

1 1 2 2 3 3( ) 2 ( ) 2 (2 ) 2 (3 )e t E sen t E sen t E sen tω α ω α ω α= + + + + +

2 2 2 21 2 3E E E E= + +

2 2

1

n

nE E=∑

Ejemplo:

POTENCIA APARENTE

2 2

1

n

nI I= ∑ 2 2 2 2 2 2 2

1 1 1

n n n

n n n nS U I E I E I= = =∑ ∑ ∑Donde n es el nº del armónico

FACTOR DE POTENCIA

Potencia MediaFactor de Potencia =Potencia Aparente

PE I

=⋅

21

1 1Q E I senϕ= ⋅ ⋅

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2S P Q D E I E I P Q= + + = ⇒ = +

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 21 1

1 2

n n

n nD S P Q E I I E I I E I⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎡ ⎤= − − = − = − =⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎣ ⎦ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦∑ ∑

D es generada por las componentes de e e i de distinta frecuencia

Potencia Reactiva y de Distorsión

22

i(t)

u(t)

+

-

iR(t) iL(t)

iD(t)

iC(t)

Carga no lineal

2 2

Máxima compensación capacitiva cuando:

C Li iPFP

P Q

= −

=+

Soluciones:

• Filtros pasivos

• Compensadores activos

Compensación

23

•Filtros pasivos

Compensación

L2

C2

Ln

Cn

i2 in

...

Filtros pasivos Carga no lineal

• Compensador activo

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Armónicos: tensiones o corrientes sinusoidales cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia a la cual el sistema estádiseñado a operar (50 o 60 Hz). Los armónicos se combinan con la tensión o corriente fundamental y producen distorsión de la forma de onda

Fundamental con tercero y quinto armónicos Forma de onda distorsionada

II. Armónicos: Influencia en los Sistemas Eléctricos

25

Armónicos: Influencia en los Sistemas Eléctricos

• 1.- Introducción

– Definición de armónico:

– Orden o rango del armónico:

– Factor de distorsión:

n

1

fnf

=n

n2

n 2

1

FTHD

F==∑

0 n n1

f ( t ) F 2F sen( n t )ω ϕ∞

= + ±∑

n

1

fn

f=

26

Introducción– Representación espectral

1 32 4

Espectro

2

2

1

Factor de Distorsión: =n

n

FTHD

F

∞

=∑

FundamentalDeformadaArmónica


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Interarmónicos: tensiones o corrientes sinusoidales cuyas frecuencias son múltiplos no enteros de la frecuencia a la cual el sistema está diseñado a operar (50 o 60 Hz)

– Subarmónicos: interarmónicos con frecuencia menor que la frecuencia fundamental

Espectro de tensión Espectro de corriente

Motor de inducción (arranque)


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• Fuentes generadoras de armónicos– Convertidores AC/DC– Hornos de arco– Fluorescentes– Motores de inducción sobrecargados– Circuitos magnéticos saturables– Variadores de velocidad de motores– Corriente de magnetización en transformadores– Condensadores serie/paralelo– Transformadores estrella/triángulo


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• Efectos de los armónicos– Efectos instantáneos: Distorsión en equipos electrónicos, errores

en equipos de medida, vibraciones y ruidos (transformadores), problemas en sistemas de protección (fusibles, interruptores, equipos y/o sistemas digitales de protección).

– Efectos a largo plazo:* Calentamiento de condensadores: sensibles a sobrecargas* Calentamiento en máquinas estáticas y rotativas* Calentamiento en cables y equipos: incremento de resistencia,

aumento rms intensidad.


30

Introducción

En los sistemas eléctricos de potencia, se suele considerar a la perturbación como cualquier desviación con respecto a la forma de onda sinusoidal, teórica, producida en los centros de generación. La desviación se puede dar en cada uno de los parámetros de la onda, es decir: frecuencia, amplitud, forma de onda y simetría entre fases. Dependiendo de su cuantía, y de la sensibilidad de los receptores, podrá tener repercusión en unos u otros dispositivos.

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R

ST

Definiciones perturbaciones según norma UNE 50160

Parámetro Nombre Definición

Fluctuación de tensión ΔU< 10%Uref

Hueco de tensión 90%Uref > U > 1%Uref10 ms < Δt ≤ 1 min.

Interrupción de alimentación:-Corte breve.-Corte largo .

U < 1%Uref , Δt ≤ 3 min.U < 1%Uref , Δt > 3 min.

Sobretensión temporal Sobretensión relativamente larga

Amplitud

Variación de tensión Aumento o disminución de tensión

Sobretensión transitoria Δt = de ns a ms

Tensión armónica farmónicos = n⋅ffund.n = entero

Tensión interarmónica finterarmónicos = m⋅ffund.m = no entero

Forma de onda

Señales de información transmitidas por la red

110 Hz ≤ f ≤ 148,5 kHze impulsos de corta

duración

Frecuencia Variaciones de frecuencia f ≠50 ó 60 Hz

Simetría Desequilibrios de tensión |UR| ≠ |US| ≠ |UT|y/o

ϕR,S ≠ ϕS,T ≠ ϕT,R ≠ 120º

U = tensión actual, Uref = tensión de referenciaΔU = |Uref – U|, Δt = duración, f = frecuencia

ffund. = frecuencia fundamentalUR , US , UT = Tensión en fases R, S y T

ϕR,S , ϕS,T , ϕT,R = Ángulo entre fases R-S, S-T y T-R

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Normativa

UNE- EN50160:1999.(Real decreto 1955/2000) Características de la tensión suministrada por las redes públicas de distribución.Es una norma cuyo objeto es describir las características principales de la tensión suministrada por una red pública de distribución de baja y media tensión, en las condiciones normales de explotación.

CEI- 61000-4-30Técnicas de medida y ensayo. Métodos de medida de la calidad del suministro.

33

CEI 61000-4-30

Técnicas de medida y ensayo. Métodos de medida de la calidad del suministro.Es una norma cuyo objeto es definir los métodos de medida e interpretación de los resultados de los parámetros de calidad de suministro eléctrico en sistemas eléctricos de potencia 50 Hz.Se trata de definir métodos de medida que permitan obtener resultados fiables, repetibles y comparables, independientementede los instrumentos utilizados y de sus condiciones ambientales.Esta norma establece procedimientos e medida pero no establece los límites (ver la norma 50160)Aunque la norma EN 50160 no hace mención a esta norma si es previsible que este requisito si se recoja en futuras revisiones

34

CEI 61000-4-30

Clase A: Corresponde a los equipos de mayor exactitud (< 0.1%), necesarios por ejemplo para aplicaciones contractuales, verificación del cumplimiento de las normas, resolución de disputas, etc.Clase B: Corresponde a equipos de menor exactitud, cuando el nivel de exigencia en la medida es menor. Resulta adecuado para realizar diagnosis o hacer un seguimiento de la calidad electrica en una instalación, etc.

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CLASE A según la IEC 61000-4-30• Analizadores Portátiles Dranetz-BMI

PowerXplorerPowerXplorer PX5PX5

PowerGuidePowerGuide 44004400

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CLASE A según la IEC 61000-4-30

Analizadores trifásicos de

calidad eléctrica Serie 430 de Fluke

Analizadores de calidad eléctrica

portátiles (RPM)

Analizadores de calidad eléctrica de alta precisión Norma de Fluke 4000/5000

Analizadores de Fluke

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Variaciones de FrecuenciaDefiniciones

Según la UNE-EN 50160 se define la frecuencia de la tensión de alimentación como la tasa de repetición de la componente fundamental de la tensión de alimentación, medida durante un intervalo de tiempo determinado. Cualquier cambio sobre ésta (50 Hz ó 60Hz), sobrepasando ciertos límites constituye una variación de frecuencia.

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Variaciones de FrecuenciaValores de referencia y Límites

Según la UNE-EN 50160, la frecuencia nominal de la tensión de alimentación debe ser de 50 Hz.En condiciones normales de operación, el valor de la frecuencia fundamental medida en períodos de 10s debe situarse en los intervalos siguientes:

Redes acopladas por conexión síncrona a un sistema interconectado:50Hz ± 1% durante el 95% de una semana50Hz +4%/-6% durante el 100% de una semana

Para redes sin conexión síncrona a un sistema interconectado (redes que existen en sistemas aislados de la red general):

50 Hz ± 2% durante el 95% de una semana50Hz ± 15% durante el 100% de una semana

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Variaciones de TensiónDefiniciones

Se produce una variación de tensión cuando hay un aumento o una disminución en el valor eficaz de la tensión de alimentación. La amplitud y la duración son los parámetros característicos de una variación de tensión.

Su duración es relativamente elevada, por ejemplo mayor de 1 minuto.Las variaciones sobre la tensión nominal suelen ser pequeñas, y mayoritariamente se encuentran dentro del ± 20%.

Valores de referenciaLa tensión nominal debe ser:

230 V entre fases para sistemas a tres hilos en sistemas trifásicos.230 V entre fase y neutro y 400 V entre fases, para sistemas a cuatro hilos en sistemas trifáscos.

40

Variaciones de TensiónValores de referencia y Límites

Según la UNE-EN 50160, en condiciones normales de operación, los valores eficaces de la tensión de alimentación medida en períodos de 10 min deben situarse en los intervalos siguientes:

Un ± 10% durante el 95% de una semanaUn +10% / -15%. durante el 100% de una semana

Según el Real Decreto 1955/2000, los límites máximos de variación de la tensión de alimentación a los consumidores finales serán de ± 7% de la tensión de alimentación declarada.

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Fluctuaciones de Tensión (Flicker)Definiciones

El ‘Flicker’ se define como el nivel de molestia que percibe un observador medio como consecuencia de la variación de la luminosidad de una lámpara, ocasionada por fluctuaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica. El ‘Flicker’ depende fundamentalmente de la amplitud y de la frecuencia de las fluctuaciones de tensión que lo causan.

Según la UNE-EN 50160, el ‘Flicker’ es la impresión de inestabilidad de la sensación visual debida a un estímulo luminoso en el cual la luminosidad o la distribución espectral fluctúan en el tiempo.

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Fluctuaciones de Tensión (Flicker)Medida del ‘Flicker’

El Subcomité 77A (Fenómenos de baja frecuencia) del Comitétécnico 77 de la CEI ha elaborado la Norma Internacional IEC 61000-4-15 (Febrero 2003). Esta norma proporciona las especificaciones funcionales y de diseño para medidores de ‘Flicker’.Los medidores de ‘Flicker’ permiten conocer el nivel de molestia que percibiría un observador medio en el punto de la red en el que se conecte el medidor. Para ello, se emplea un algoritmo que traduce las fluctuaciones de tensión en ese punto de la red de alimentación eléctrica, en los niveles de molestia equivalentes que serían percibidos por el sistema ojo-cerebro del observador.

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Fluctuaciones de Tensión (Flicker)Índices para la evaluación del ‘Flicker’

Hay dos índices básicos que se emplean para evaluar la severidad del ‘Flicker’.

Pst. (Short Term). Evalúa la severidad del ‘Flicker’ a corto plazo, con intervalos de observación de 10 minutos. El valor del Pst se expresa en unidades de perceptibilidad (p.u.).Plt. (Long Term). Evalúa la severidad del ‘Flicker’ a largo plazo, con intervalos de observación de 2 horas. Se calcula a partir de doce valores consecutivos de Pst de acuerdo con esta fórmula:

3 1

3

N

PP

N

isti

lt

∑==

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Fluctuaciones de Tensión (Flicker)Límites

Según la UNE-EN 50160, en condiciones normales de operación, para cada periodo de una semana, el nivel de severidad de larga duración del flicker Plt debido a las fluctuaciones de la tensión debería ser menor o igual a 1 durante el 95% del tiempo.

Tiempo

Am

plitu

d (V

)

T=1/f

ΔV

45

Huecos de TensiónDefiniciones

Según la UNE-EN 50160 se define el hueco de tensión como una disminución brusca de la tensión de alimentación hasta un valor situado entre el 90% y el 1% (10% RD 1955/2000) de la tensión nominal Un o de la tensión declarada Uc seguida del restablecimiento de la tensión después de un corto instante de tiempo.

46


0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 120140160180200220240260

Tiempo (segundos)

Tens

ión

efic

az(V

)

0 50 100 150 200 250-400-300-200-100

0100200300400

Duración0.080 Segundos

Min 128.3 Med 183.6Max 223.4

Tiempo (ms)Tens

ión

inst

antá

nea(

V)

47


La profundidad o amplitud de un hueco de tensión se define como la diferencia entre el valor mínimo de la tensión alcanzada durante el hueco y un valor de referencia que comúnmente es la tensión nominal Un, la tensión declarada Uc, o la tensión anterior al hueco. Suele expresarse por:

La tensión residual (IEC 61000-4-30) se define como el valor mínimo de la tensión alcanzada durante el hueco. De forma análoga a la profundidad, esta magnitud se puede expresar porcentualmente.

100 U

U - U = (%) Uref

ref ⋅Δ min

48


La duración de un hueco es el tiempo durante el cual la tensión es inferior al 90% de la tensión de referencia.

En el caso de líneas trifásicas, un hueco de tensión que sucede debido a una misma causa, comienza cuando la tensión en una de las fases disminuye a un valor entre el 90% y el 10% de la tensión de referencia y termina cuando la tensión en las tres fases supera el 90% de la tensión de referencia . Esto es lo que se denomina hueco de tensión complejo y se considera como un evento único.

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Huecos de TensiónClasificación

Tabla profundidad-duración:

50

Huecos de TensiónClasificación

Curvas CBMA y similares:

Máxima profundidad en todas las fases

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

0

50

100

150

200

250

300

Tens

ión

Max 151.0 Min 21.66

T (ciclos)

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Interrupciones de TensiónDefiniciones

Según la UNE-EN 50160 se define la interrupción como una disminución de la tensión de alimentación hasta un valor situado por debajo del 1% (10% RD 1955/2000) de la tensión nominal Un o de la tensión declarada Uc seguida del restablecimiento de la tensión después de un instante de tiempo.

Son debidas fundamentalmente a las actuaciones de las protecciones debido a faltas en el sistema eléctrico. Las interrupciones pueden ser programadas, en las que los clientes tienen conocimiento con antelación y permiten realizar trabajos de mantenimiento sobre la red; o imprevistas, que son realmente las que pueden considerarse como perturbaciones.

52


0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

100200300400500

Tiempo (segundos)

Tens

ión

efic

az (V

)

0 50 100 150 200 250-600-400-200

0200400600

Duración0.700 Segundos

Min 0.518Med 97.39Max 384.8

Tens

ión

inst

antá

nea

(V)

Tiempo (ms)

53


La duración de la interrupción es el tiempo durante el cual la tensión es inferior al 1% (10% RD 1955/2000) de la tensión de referencia. En el caso de líneas trifásicas la interrupción de tensión comienza cuando la tensión en las tres fases disminuye a un valor inferior al 1% de la tensión de referencia y termina cuando la tensión en una de las fases supera el 1% de la tensión de referencia.

Si la duración es inferior o igual a 3 minutos, se denomina interrupción breve de alimentación.Por contraposición, si la duración es superior a 3 minutos, se denomina interrupción larga de alimentación

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Sobretensiones TemporalesDefiniciones

Según la UNE-EN 50160 se define la sobretensión temporalcomo un aumento de la tensión de alimentación de duración relativamente larga.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 180190200210220230240250260

Tiempo (segundos)

Tens

ión

efic

az(V

)

0 50 100 150 200 250 -400-300-200-100

0100200300400

Duración0.440 Segundos Min 228.8Med 246.1Max 253.5

Tiempo (ms)

Tens

ión

inst

antá

nea(

V)

55

Sobretensiones TemporalesDefiniciones

La duración de una sobretensión temporal es el tiempo durante el cual la tensión es superior al límite de detección. Este límite es un porcentaje de de la tensión de referencia. En el caso de líneas trifásicas, una sobretensión temporal que sucede debido a una misma causa, comienza cuando la tensión en una de las fases aumenta hasta un valor superior al límite de detección y termina cuando la tensión en las tres fases es igual o inferior al límite de detección.

Las sobretensiones temporales se caracterizan por su duracióny por la tensión máxima alcanzada durante el aumento de tensión, en valor porcentual sobre la tensión de referencia.

56

Sobretensiones TemporalesLímites

En la UNE-EN 50160 se indica que en ciertas condiciones, un defecto que se produce aguas arriba de un transformador puede temporalmente producir sobretensiones del lado de baja tensión mientras dure la corriente de falta. Tales sobretensiones no sobrepasan generalmente el valor eficaz de 1,5 kV.

57

Transitorios de Tensión Definiciones

Según la UNE-EN 50160 se define la sobretensión transitoriacomo una sobretensión oscilatoria o no oscilatoria de corta duración generalmente fuertemente amortiguada y que dura como máximo algunos milisegundos. Se destaca el aspecto de variación brusca en la tensión, con valores que superan varias veces el valor máximo de la tensión nominal, y que pueden poner en peligro determinados elementos y aparamenta eléctricos.

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Transitorios de Tensión Definiciones

En función de su origen, se pueden distinguir dos tipos de transitorios:

Transitorios de origen atmosférico. Externos al sistema eléctrico, cuya fuente principal son las descargas atmosféricas.Transitorios debidos a maniobras. Internos al sistema eléctrico, cuyas fuentes pueden englobarse bajo la denominación de maniobras.

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Transitorios de Tensión Límites

Las sobretensiones transitorias, de acuerdo con la norma UNE-EN 50160 , no sobrepasan generalmente los 6 kV de valor de cresta, pero a veces, pueden tomar valores más elevados. El tiempo de subida puede variar desde unos microsegundos a varios milisegundos

60

Desequilibrios de TensiónDefiniciones

El desequilibrio de tensión corresponde a un estado en el cual los valores eficaces de las tensiones de las fases o sus desfases entre tensiones de fase consecutivas, en un sistema trifásico, no son iguales.

La caracterización del desequilibrio puede realizarse utilizando el método de las componentes simétricas, mediante la relación entre la componente de secuencia inversa o de la homopolar y la componente de secuencia directa.

61

Desequilibrios de TensiónLímites

Según la UNE-EN 50160, en condiciones normales de operación, para cada período de una semana, el 95 % de los valores eficaces calculados en 10 minutos de la componente inversa de la tensión de alimentación deben situarse entre el 0 y el 2 % de la componente directa.

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Distorsión ArmónicaDefiniciones

Según la norma UNE EN 50160, una tensión armónica es una tensión sinusoidal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la tensión de alimentación.

Según la norma UNE EN 50160, una tensión interarmónica es una tensión sinusoidal cuya frecuencia se sitúa entre las frecuencias de los armónicos, es decir, cuya frecuencia no es un múltiplo entero de la fundamental.

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Distorsión ArmónicaDefiniciones

Distorsión armónica total de tensión THDv: Relación del valor eficaz de la suma de todas las componentes armónicas de tensión (Un) hasta un orden especificado (H), respecto al valor eficaz de la componente fundamental (U1).

∑=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

H

n

n

UUTHD

2

2

1

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Distorsión ArmónicaMedida según la IEC 61000-4-30 (Clase A)

Los elementos principales del Analizador de Armónicos son:

Circuitos de entrada con Filtros anti-aliasing.Convertidores A/D incluyendo unidad de ‘sample-and-hold’.Unidad de sincronización de la frecuencia de muestreo fs y la frecuencia fundamental f1 y unidad de ventanas (distintas formas) si fuera necesario.Procesador – Transformada Discreta de Fourier.

El número de periodos fundamentales sobre los cuales se realiza la Transformada Discreta de Fourier (ancho de ventana) será de 10 (Sistemas 50Hz) ó 12 (Sistemas 60Hz), con ventana rectangular. La ventana de Hanning se permite únicamente en casos de pérdida de sincronización.

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Distorsión ArmónicaLímites

Según la UNE-EN 50160, en condiciones normales de operación, para cada período de una semana, el 95 % de los valores eficaces de cada tensión armónica, promediados en 10 minutos, no deben sobrepasar los valores indicados a continuación:

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Distorsión ArmónicaLímites

Además, la tasa de distorsión armónica total de la tensión suministrada (THD) (comprendidos todos los armónicos hasta el orden 40) no debe sobrepasar el 8%.

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Variaciones rápidas de TensiónDefiniciones

Según la UNE-EN 50160 una variación rápida de tensión es una variación del valor eficaz de la tensión de alimentación entre dos niveles consecutivos mantenidos durante intervalos de tiempo definidos pero no especificados (es decir, entre dos situaciones de régimen permanente).

La magnitud de la variación ha de ser de pequeña magnitud, por ejemplo menor del 10%, ya que en caso contrario correspondería a un hueco de tensión.

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Variaciones rápidas de TensiónLímites

Según la UNE-EN 50160, en condiciones normales de explotación, una variación rápida de la tensión no sobrepasa generalmente el 5% de Un pero, en ciertas circunstancias, pueden producirse variaciones que alcanzan hasta el 10% de Un durante cortos instantes, varias veces en el mismo día.

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Armónicos. Valor eficaz de un subgrupo armónico G sg,n: Raíz cuadrada de la suma de los cuadrados del valor eficaz de un armónico y de las dos componentes espectrales inmediatamente adyacentes a él dentro de un tiempo de ventana, de forma que se suma el contenido de energía de las componentes cercanas con la del propio armónico.

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Interarmónicos. Valor eficaz de un subgrupo interarmónicocentrado G isg,n: Valor eficaz de todas las componentes interarmónicas en el intervalo entre dos frecuencias armónicas consecutivas, excluyendo las componentes de frecuencia directamente adyacentes a la frecuencia armónica.

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CalibraciónCalibrador Fluke 6100A

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Analizador de Calidad de Suministro Eléctrico

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PX5: Analizador de altas prestaciones, capacidades de medida y facilidad de manejo

Máster en Diseño y Desarrollo de Productos e Instalaciones Industriales: Medida de la Calidad del Suministro Eléctrico 74

El PowerXplorer™PX5

• Integra las funciones más avanzadas disponibles en un equipo de monitorización eléctrica con una interfaz de usuario gráfica a color y muy sencilla .

• Captura de datos y muestreo de alta velocidad (1 microseg/canal): este equipo de 8 canales captura y clasifica simultáneamente cientos de parámetros, utilizando los diferentes modos de trabajo disponibles.

• Las funciones de medida del PX5 incluyen, entre otras:

– Captura de transitorios de baja/media/alta frecuencia por medio de umbrales de pico, forma de onda, duración rms y muestreo de alta velocidad adaptable

– Medidas de potencia para caracterizar claramente sistemas no senoidales y desequilibrados.


Medida y Diagnóstico de la Calidad Eléctrica

• La medida de calidad eléctrica es la clave para diagnosticar problemas o tendencias negativas e implementar programas de mantenimiento efectivos y bien enfocados.

• Evaluando la calidad durante una semana o más, es posible establecer unas condiciones de referencia y la susceptibilidad del sistema a las perturbaciones, lo que permite implementar medidas correctoras.

• El analizador dispone de un sistema de clasificación de perturbaciones que permite relacionar directamente los problemas de la instalación con los datos registrados durante la medida, para mejorar la calidad de la alimentación y la seguridad de los equipos. Esto permite determinar las características que debe cumplir la red de alimentación para que las cargas y equipos conectados no se vean afectados y funcionen de manera adecuada.


Captura de Transitorios Rápidos• El analizador realiza un muestreo digital de

alta velocidad para capturar y analizar transitorios de hasta 1 microsegundo de duración.

• Los transitorios o impulsos, generados por cargas electrónicas conmutadas, equipos médicos de diagnóstico, conmutación de baterías de condensadores, rayos, puesta en marcha de transformadores y cargas, etc., son clasificados inmediatamente como transitorios de tipo impulso u oscilatorios y documentados con su forma de onda, duración, valor ... para su análisis posterior.

• Se trata, por tanto, de un equipo capaz de capturar todos los tipos de perturbaciones eléctricas que se pueden presentar en una instalación, desde estadísticas a eventos complejos de alta velocidad, sin olvidar sus funciones como osciloscopio, multímetro, analizador de armónicos, contador,...


Desequilibrio y Distorsión de las Cargas

• Las fuentes de alimentación rectificadas y otras cargas no lineales se han incrementado notablemente en los últimos tiempos.

• Estas cargas conducen corriente sólo durante una parte de la onda, distorsionando la corriente, y dependiendo de las impedancias armónicas , causando también la distorsión de la tensión.

• Esta distorsión puede tener un importante efecto de degradación sobre equipos tales como motores y transformadores, causando sobrecalentamientos que acortan la vida útil de los mismos.

• El analizador mide la totalidad de los valores especificados en las diferentes normas, incluyendo cálculos aritméticos, vectoriales y secuencias de fase, lo que permite evaluar las fuentes de distorsión y restablecer el equilibrio de cargas.


Flicker• La alimentación de hornos de arco,

grandes maquinas de inducción y otras grandes cargas, producen impulsos continuos de tensión que causan una perturbación eléctrica llamada Flicker.

• Normalmente, el flicker ocurre en sistemas sensibles a la cantidad de corriente demanda por la carga, en combinación con grandes variaciones de corriente en cortos periodos de tiempo.

• Los datos del flicker se capturan siguiendo las recomedaciones de la norma IEC 61000-4-15, los cuales podrán ser evaluados mediante un software de análisis apropiado.

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Visualización de datos

• Existen diferentes modos de visualizar los datos, p.e.: vectores, formas de onda, tablas y espectro armónico, así como opciones de registro que incluyen la monitorización continua y medidas de perturbaciones eléctricas CA/CC desde un microsegundo a una hora de duración.

• La información se presenta en diferentes formatos: informes de calidad, estadísticas, tendencias y clasificación de eventos según su tipo, todo ello de manera muy sencilla e intuitiva gracias al uso de menús e iconos gráficos.

• La comunicación remota puede realizarse vía RS-232, etherneto USB, opciones que permiten descargar datos para su análisis y tratamiento posterior por medio de un software profesional.


Monitorización según normas Españolas e Internacionales

• El Analizador ha sido diseñado para cumplir las normas de calidad más avanzadas y exigentes, incluyendo la EN50160, IEC 61000-4-30 Clase A y la IEEE 1159. Un informe estadístico indica de forma instantánea el grado de cumplimiento de estas normas de calidad eléctrica y estable un patrón de la calidad de la instalación. En un instante, el PX5 suministra una "radiografía" con los parámetros clave, incluyendo desequilibrios, variaciones de tensión y los armónicos de la instalación.

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ArmónicosA medida que aumenta la sensibilidad de las cargas electrónicas, equipos como sistemas HVAC, ordenadores, equipos de automatización en sistemas de fabricación y otros muchos tipos de cargas, pueden ser susceptibles a la contaminación armónica. De hecho, los armónicos pueden causar pequeñas, y a veces imperceptibles, variaciones de rendimiento cuyos efectos pueden provocar daños importantes a largo plazo. Los armónicos de corriente generados por una fuente de alimentación pueden contaminar completamente el sistema de alimentación sin verse afectada ella misma. El PX5 captura armónicos, intery subarmónicos de forma muy detallada, para de esta manera encontrar y resolver eficazmente los problemas tan complejos causados por este tipo de eventos.

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Parámetros de Medida• (4) entradas diferenciales,1-600 Vrms, CA/CC, 0.1%

lect + 0.05% FS, 256 muestras /ciclo, • 16 bit ADC (4) entradas de corriente con sondas de

1-6000 Arms, CA/CC, 0.1% lect + sonda, 256 muestras/ciclo,

• 16 bit ADC 1 MHz Muestreo de Alta Velocidad,• 14 bit ADC Margen de Frecuencia, 10 mHz

resolución, 15-20 Hz, 45-65 Hz o 350-450 Hz• Bucle Bloqueo de Fase - Generador tracking, Modo

EstándarPQ

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Modos de Registro/Normativa• IEEE 1159 • IEC 61000-4-30 Clase A • Calidad de Suministro según EN50160 • Corrientes Transitorias de

Arranque/Encendido• Registro de Faltas de Tensión• Monitorización a Largo Plazo con

min/max/med• Registro Continuo de Datos

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Análisis de Calidad de Onda• Analisis Ciclo a Ciclo• 256 muestras /ciclo; pasos de 1/ 2 ciclo RMS (1)• Variaciones L-L, L-N, N-T RMS: Huecos/Subidas/Cortes• Registro RMS V & I (32 pre-evento,10K post-evento ciclos)• Registro Formas de Onda (32 pre-evento,10K post-evento

ciclos)• Transitorios Media y Baja Frecuencia - V & I• Transitorio Alta Frecuencia - V & I, 3% FE disparo (1)• Análisis Armónico• Disparo cruzado entre canales V & I • Clasificación Eventos RMS (IEEE or IEC)• Clasificación Eventos Transitorios (1)

• (1) PX5-400 muestrea a 32 muestras/ciclo, pasos de 1 ciclo a 400 Hz.Ciertos parámetros se miden sólo a frecuencias de 45-65 Hz.

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Distorsión/Potencia/Energía• W, VA, VAR, TPF, DPF, Demanda, Energía, etc.• Parámetros de distorsión y desequilibrios según IEEE 1459• Armónicos / Interarmónicos según IEC 61000-4-7 • THD/Análisis Armónico (V,I,W) hasta el orden 63 • TID/Análisis Interarmónico ( V,I) hasta el orden 63 • Flicker según IEC 61000-4-15 (Pst,Plt,Plt Deslizante) • Factor de Cresta, Factor K, Factor Degradación Trafos,• Factor Interferencia Telefónica• Desequilibrio (desviación max rms) & componentes secuenciales• 5 armónicos especificos usuario o señales de control • Parámetros Vectoriales/Aritméticos/Coincidentes

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Pos procesado de datos: Dran-View 6• Software que permite visualizar y analizar los

datos de seguimiento de una manera rápida y sencilla.

• Ofrece funcionalidad automatizada, e incorpora potentes capacidades analíticas y opciones adaptables a múltiples entornos de trabajo.


Software

• DRAN-VIEW es una herramienta sencilla de manejar, que permite visualizar y analizar eventos complejos, localizar defectos, predecir tendencias potencialmente peligrosas, y relacionar gran cantidad de datos procedentes de diversos puntos de medida.

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Procesamiento de datos• El software ha sido optimizado para dar cabida a grandes conjuntos de

datos y procesarlos velozmente. Se saca el máximo provecho de los modernos sistemas operativos y hardware, que permite a los usuarios utilizar plenamente toda la potencia de los ordenadores.

• Todos los parámetros medidos y calculados se clasifican en diferentes categorías, por lo que es fácil de encontrar y seleccionar los datos que desea mostrar.

• Los gráficos facilitan las funciones panorámica y de zoom para identificar problemas y ofrecer una rápida resolución.

• Contiene herramientas muy útiles como– Demostración de armónicos, independiente de la escala de armónicos de

tensión, corriente y potencia, – Equipo de rescate de tiempo para corregir, sondas, ajustar los tipos de

conexión incorrecta o cambio de factores de escala, sin recolección de datos.

– Cualquier fuente de datos se pueden exportar a formato PQDIF (IEEE 1159.3) y puede importar archivos COMTRADE de relés de protección.


Diseño de informes personalizados

• Se puede elegir entre más de 20 diferentes opciones de presentación de informes y modificar diagramas, listadosde datos y normas que se ajusten a los requisitos de presentación de informes individuales.

• Puede incluso definir sus propias normas y adaptarse de esta forma a futuros cambios en dicha normativa.


Visualización: Paneles de ventana triple

• Para poder diagnosticar rápidamente problemas de calidad es útil poder ver simultáneamente los diferentes eventos en detalle y diagramas de evolución temporal de formas de onda


Visualización: Opciones de presentacionpersonalizadas

• Herramientas tales como zoom, zona de marcador, escala armónica, gráfico, objeto, ámbito, lugar entre otras, que ayudan a selleccionar los diagramas más apropiados parael proyecto.

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Señales de tensión temporales

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Eventos, diagramas temporales y forma de onda

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Marcador de eventos y de área de interés

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Formas de onda en calidad de señalVoltage TimeplotDiagrama temporal de valores RMS para las fases A, B, C, D ó A-B, B-C, C-A.

Current TimeplotDiagrama temporal para las intensidades de corriente en RMS para las fases A, B, C, D.

THD TimeplotsTHD de tensiónpara las fasesA, B, C, D ó A-B,B-C, C-A.

Unbalance TimeplotsReproduce los factores de desequilibrio de secuencia Negativa, y secuencia cero.

Flicker TimeplotsRepresenta la tensión de flicker (PLT) para las fases A, B, C ó A-B, B-C, C-A.

Frequency TimeplotsRepresenta las variaciones de la tensión con la frecuencia


ANALISIS: Clasificación de perturbaciones

• No sólo se clasifican todos los eventos que alteran la calidad de la señal, sino que además pueden mostrarse según diferentes condiciones de filtrado.


ANALISIS: Evaluación de datos en varios formatos

• Los datos pueden ser exportados al formato IEEE 1159.3 PQDIF.

• Pueden importarse archivos COMTRADE y archivos de texto tabulados para la representación de formas de onda.


ANALISIS: Armonicos

• Además de una herramienta de análisis estándar de armónicos, se incluye una visualización de formas de onda por armónicos a partir de las cuales calcular parámetros tales como deslizamiento RMS, armónicos, potencia y componentes simétricas.


Informes automáticos

• Pueden elaborarse informes fáciles de entender a partir de un análisis profesional de los datos obtenidos.

• Se detecta automáticamente el modo de medición, los picos de corriente o fallos de grabación, pudiendo seleccionar los gráficos e informes para su distribución.

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Generación personalizada de informes


Edición de informes

• Se incorpora un editor de texto en el que insertarfácilmente imágenes y texto, anotaciones, suprimir eventos, reorganizar y ajustar los esquemas de diseño.


Práctica con el analizador

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Controles, Indicadores y Conectores

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Detalle de los conectores

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Conexion de pinzas amperimétricascompatibles

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Conexionado de cables de medidade tensión

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Aplicación práctica

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Gracias por su atención

http://www.irnase.csic.es/users/invespot/index.htm

Documents

E.U.P. Universidad de Sevilla - Sección Sindical … - calidad... · I. Conceptos básicos en Teoría de ... en equipos de medida, ... por una red pública de distribución de baja