MEDICIONES ELECTRICAS I Año 2017

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1 MEDICIONES ELECTRICAS I Año 2017
Introducción a Calidad de la Energía Eléctrica - Medición de Contenido Armónico -

2 Calidad de la Energía MEDICIONES ELÉCTRICAS I IEEE IEC
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Calidad de la Energía Tensión ideal = onda sinusoidal de amplitud y frecuencia constantes e iguales a sus valores nominales. Corriente ideal = onda sinusoidal de amplitud y frecuencia constantes, cuya frecuencia y fase son iguales a las correspondientes frecuencia y fase de la tensión. Cualquier desviación de la tensión o corriente respecto del ideal se considera una perturbación en la calidad de la energía (Signal Processing of Power Quality Disturbances, Math H. Bollen) Conjunto de fenómenos electromagnéticos que caracterizan la tensión y corriente en un tiempo y ubicación determinados en un sistema de potencia (IEEE Std ). IEEE Característica de la electricidad en un punto dado del sistema eléctrico, evaluado respecto de un conjunto de parámetros técnicos de referencia (IEC , 2009). IEC

3 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

4 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía ARMÓNICOS Una carga lineal es aquella que ante una tensión sinusoidal, provoca una corriente también sinusoidal. Las elementos lineales que se conocen son: - R: resistencia ideal - L: inductancia ideal - C: capacitancia ideal Onda de Tensión Carga Lineal (Z=cte) Tensión Corriente Angulo Onda de Corriente Carga Lineal Cargas Lineales

5 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía ARMÓNICOS Una carga no lineal es aquella que ante una tensión sinusoidal, provoca una corriente no sinusoidal. Cargas No Lineales Onda de Tensión Tensión Carga No Lineal (Z≠ cte) Corriente Onda de Corriente Angulo

6 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Ejemplo: Formas de onda de algunas cargas no lineales Lámpara LED 12W Lámpara LFC 18W TV LED 32” CPU + CRT 17”

7 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos ¿Cómo se puede cuantificar la distorsión de una señal? Para determinar el grado de distorsión de una señal es necesario recurrir al análisis en el dominio de la frecuencia. Se utilizan algoritmos matemáticos basados en los desarrollos de Fourier. En particular, se aplica el Teorema de Fourier según el cual “cualquier señal periódica y continua de periodo T puede descomponerse en una suma de señales senoidales de frecuencias múltiplos enteros de la frecuencia fundamental, denominados armónicos”

8 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos ¿Qué es el espectro de frecuencias de una señal? El espectro de frecuencias de una señal es una representación que permite conocer las amplitudes y ángulos de desfasajes relativos de cada una de las componentes senoidales (armónicos) que integran a la señal distorsionada. Se obtiene mediante la Transformada de Fourier o su aplicación digital denominada FFT ("Fast Fourier Transform"). Esta transformación se puede asimilar de forma muy simplificada a una proyección sobre un plano amplitud - frecuencia de las amplitudes de las distintas componentes senoidales que integran la señal.

9 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos ¿Qué es el espectro de frecuencias de una señal? 2 Ejemplo: 1 1 2 2 4 6 8 10 12 x 4 . p

10 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos ¿Qué es el espectro de frecuencias de una señal? Ejemplo: 150Hz 50Hz

11 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos ¿Qué es el espectro de frecuencias de una señal? PC+Monitor Así como existe un espectro de amplitudes (o valores eficaces) también existe un espectro de fase

12 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Formas de onda de algunas cargas no lineales ensayadas en el laboratorio Lámpara LED 12W Lámpara LFC 18W TV LED 32” CPU + CRT 17”

13 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Algunos Índices creados para cuantificar la distorsión armónica Total Harmonic Distortion (distorsión armónica total) – Std. IEEE 519 (en el Std. IEC se define el THD hasta H = 40) En otras normativa, en lugar de dividir por la componente fundamental (U1) se divide por el valor eficaz total (URMS) Total Waveform Distortion (distorsión total de la forma de onda) – Std. IEEE 1459 Para señales con distorsión armónica pura y sin componente de CC, el THD coincide con el TWD. Para señales con distorsión armónica, contenido de interarmónicos, ruido y/o componente de CC, el TWD > THD. Nota: los interarmónicos son un caso especial de armónicos. Son aquellas componentes que tienen una frecuencia que no es múltiplo entero de la frecuencia fundamental. Aparecen cuando hay fenómenos transitorios en la tensión o corriente

14 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Algunos Índices creados para cuantificar la distorsión armónica El espectro armónico puede ser subdividido, en armónicos pares e impares, con sus definiciones correspondientes: Total Even-Harmonic Distortion (distorsión armónica par total) Total Odd-Harmonic Distortion (distorsión armónica impar total) Esta es la predominante en la mayoría de los casos reales. Todos los índices calculados para la tensión se calculan de la misma forma para la corriente. El estándar IEEE 519 introduce la distorsión total de la demanda (del inglés Total Demand Distortion, TDD), para cuantificar la corriente tomada por los clientes de la red eléctrica: Total Demand Distortion (distorsión total de la demanda)

15 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Índices creados para cuantificar la distorsión armónica Crest Factor (factor de cresta) En una carga lineal, el factor de cresta vale 2 ≅1,414 . En la carga informática toma valores entre 2 y 2,5. 𝐶𝐹= 𝐼 𝑃𝐼𝐶𝑂 𝐼 𝑅𝑀𝑆

16 Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos

17 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso general: Fuente no sinusoidal y carga no lineal

18 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso general: Fuente no sinusoidal y carga no lineal Aplicaremos el modelo de Budeanu (enfoque convencional) Budeanu define una serie de potencias, a saber: Potencia Aparente: Potencia Activa: Donde cada armónico de orden “n” tiene un valor eficaz dado por: Potencia activa debido a las fundamentales Potencia activa debido a los armónicos

19 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso general: Fuente no sinusoidal y carga no lineal Aplicaremos el modelo de Budeanu (enfoque convencional) Budeanu define una serie de potencias, a saber: Potencia Reactiva: Donde cada armónico de orden “n” tiene un valor eficaz dado por: Potencia reactiva debido a las fundamentales Potencia reactiva debido a los armónicos Potencia Compleja:

20 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso general: Fuente no sinusoidal y carga no lineal Aplicaremos el modelo de Budeanu (enfoque convencional) Para un circuito con ondas sinusoidales se cumple: Es decir: Pero para un circuito con ondas no sinusoidales NO!: Si las ondas no son sinusoidales

21 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso general: Fuente no sinusoidal y carga no lineal Aplicaremos el modelo de Budeanu (enfoque convencional) Como con ondas no sinusoidales se tiene: entonces Bodeanu define la Potencia de Distorsión “D”: Es decir:

22 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso general: Fuente no sinusoidal y carga no lineal Aplicaremos el modelo de Budeanu (enfoque convencional) También se define la Potencia de No Reactiva “N”: También se define la Potencia de Ficticia “F”: También se define el Factor de Potencia Verdadero:

23 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I x
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos y -y z x De acuerdo a Budeanu el triángulo de potencia pasaría a ser un tetraedro SPQ Qh QTOTAL D: Potencia de distorsión F: Potencia Ficticia N: Potencia No Reactiva λ: Factor de potencia verdadero S1 Q1 θ φ1 ɣ S=UI F O P1 Ph PTOTAL Factor de distorsión Factor de desplazamiento N D

24 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso particular: Fuente sinusoidal y carga no lineal (si consideramos θ1=0)

25 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I x
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos y -y S1=SPQ Q1 Caso Particular Tensión sinusoidal – corriente no sinusoidal S1 D: Potencia de distorsión F: Potencia Ficticia N: Potencia No Reactiva F UI x O z P1 N D

26 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Caso Particular: Fuente sinusoidal y carga no lineal Pero si el THD de la corriente es: Se puede expresar: (si consideramos θ1=0)

27 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos Factor de Potencia y THDI 1,0000 0,9500 0,9000 0,8500 0,8000 0,7500 Máximo Factor de Potencia Verdadero 0,7000 0,6500 0,6000 0,5500 0,5000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 THDI%

28 Efectos de los armónicos en las redes de distribución
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Efectos de los armónicos en las redes de distribución

29 Efectos de los armónicos en la corriente de neutro
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos en la corriente de neutro Sea una carga lineal equilibrada: Z1 = Z2 = Z3 1 IR IS 0.5 Corriente en el neutro igual a cero IN = 0 IT 0.5 1 2 3 4 5 6

30 Efectos de los armónicos en la corriente de neutro
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos en la corriente de neutro Sea ahora una carga NO lineal equilibrada: (que tenga por ejemplo armónico de orden 3) Z1 = Z2 = Z3 IR fundamental IS fundamental IT fundamental 3° armónico 3° armónico 3° armónico 1 1 1 0.5 0.5 0.5 S T R 0.5 0.5 0.5 1 1 Los armónicos de orden 3 están en fase

31 Al estar los armónicos de orden 3 en fase
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos en la corriente de neutro 1 0.5 R IN 3.I3 0.5 3 1 2 0.5 uS S 1 0.5 uR 1 1 1 2 0.5 T 3 2 4 6 8 10 12 Al estar los armónicos de orden 3 en fase se suman en el neutro 0.5 1

32 Efectos de los armónicos en la corriente de neutro
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos en la corriente de neutro Si la carga es lineal y equilibrada, la corriente circulante por el conductor neutro es cero. En el caso de sistema equilibrado pero con carga no lineal, la corriente por el neutro es la raíz cuadrada de la suma de los valores eficaces de los componentes armónicos múltiplos de tres:

33 Efectos de los armónicos en las redes de distribución
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos en las redes de distribución

34 Efectos de los armónicos de la corriente en la tensión
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos de la corriente en la tensión Generación Medición de Salida GEN. TRAN. DIST. Usuarios Onda perfecta

35 Efectos de los armónicos de la corriente en la tensión
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos de la corriente en la tensión I no sinusoidal I no sinusoidal Tensión en PCC: Tensión sinusoidal - Caída de Tensión no sinusoidal no sinusoidal La circulación de corrientes armónicas generadas por cargas no lineales a través de las impedancias de la red genera una distorsión en la onda de tensión.

36 Efectos de los armónicos de la corriente en la tensión
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Efectos de los armónicos de la corriente en la tensión A una mayor circulación de corriente armónica generada por las cargas no lineales tendremos una mayor caída de tensión en la impedancia de la red. Cuanto más alejados del PCC y más próximos a las cargas distorsionantes, mayor será esta caída de tensión, y por ende, mayor distorsión en la tensión que le llega a un usuario (independientemente que este tenga o no cargas no lineales) . Si al comparar los niveles de distorsión de tensión en vacío y en carga, la distorsión no varía, es un indicio de que la distorsión es de origen externo.

37 Límites de Emisión Individuales de Intensidades Armónicas para usuarios con tarifa T-1, T-2 y T-3 (ENRE) Obligaciones para los usuarios

38 para las empresas prestadoras del servicio eléctrico
Límites de distorsión de tensión en redes BT (ENRE) Obligaciones para las empresas prestadoras del servicio eléctrico

39 Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución

40 Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución

41 Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución La reactancia de un capacitor disminuye con la frecuencia. Por lo tanto, la impedancia producida en los armónicos de tensión disminuye al aumentar el orden de armónicos. Esto significa que los condensadores, al estar alimentados por una tensión deformada, pueden absorber una corriente con una magnitud que podría dañarlos seriamente.

42 Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Otros efectos de los armónicos en las redes de distribución La reactancia de un capacitor disminuye con la frecuencia. La reactancia de una bobina aumenta con la frecuencia. La impedancia tiene un mínimo. (Puede haber resonancia) Los condensadores pueden formar circuitos resonantes con las inductancias de la instalación, amplificando corrientes armónicas a esa frecuencia.

43 Compensación de armónicos
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Compensación de armónicos

44 Compensación de armónicos con filtros pasivos
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Compensación de armónicos con filtros pasivos Si bien existen varias topologías, el más utilizado es el filtro RLC sintonizado. Consiste en colocar una combinacion de bobina-capacitor adecuadamente calculados (sintonizados) para que resuenen a la frecuencia del armónico que se desea eliminar. De esta forma el armonico queda limitado a un sector de la instalación sin afectar al resto. Se requiere de un filtro para cada componente armónica a filtrar. Bajo costo y fácil instalación y puesta en marcha

45 Compensación de armónicos con filtros pasivos
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Compensación de armónicos con filtros pasivos

46 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Compensación con filtros activos (PQF, Power Quality Filter) Con un sólo filtro se realiza el filtrado de gran parte del espectro. A través de electrónica de potencia el PQF genera armónicos de la misma amplitud que los sensados, pero en contrafase. Alto costo, instalación, configuración y puesta en marcha más laboriosa.

47 Armónicos MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Armónicos Compensación con filtros activos (PQF, Power Quality Filter)

48 Simulación de componentes armonicas
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Simulación de componentes armonicas

49 MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Simulación con MatLab Impedancia (simula componente fundamental de la corriente) Fuentes de corriente (simulan componentes armónicas)

50 MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Simulación con MatLab Amplitud del armónico Fase del armónico Frecuencia del armónico

51 MEDICIONES ELÉCTRICAS I
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Simulación con MatLab Tensión en la carga Corriente en la linea

52 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

53 2 TERNAS BALANCEDAS + 1 TERNA HOMOPOLAR TRANSFORMADA DE FORTESCUE:
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE TERNA DESBALANCEDA A B C = + 2 TERNAS BALANCEDAS + 1 TERNA HOMOPOLAR SEC. + SEC. - SEC. 0 𝑉 + 𝑉 − 𝑉 0 = 𝑎 𝑎 𝑎 2 𝑎 𝑉 𝐴 𝑉 𝐵 𝑉 𝐶 TRANSFORMADA DE FORTESCUE: 𝑎= 𝑒 −𝑗2𝜋/3 Causas: Redes BT: - asimetría de la carga - asimetría de la red (transformadores y líneas) Redes MT y AT: - grandes cargas monofásicas (hornos de fundición, trenes, etc.) En general, los desbalances de corriente conllevan desbalances de tensión. Consecuencias: Líneas: calentamiento desparejo e incremento de pérdidas. Transformadores: incremento de pérdidas. Motores: pérdida de eficiencia, decremento del par motor. La secuencia negativa genera cupla frenante.

54 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

55 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía FLICKER El flicker es el fenómeno de variación de la intensidad del flujo luminoso emitido por lámparas de filamento, que afecta a la visión humana, generado por fluctuaciones (modulaciones) en la tensión de red. Estas fluctuaciones en la tensión de red pueden ser periódicas o aperiódicas. Las primeras pueden ser generadas por grandes cargas cíclicas o repetitivas (compresores, trituradores, soldadoras de punto y de arco, electrónica de alta potencia que utiliza tiristores, etc. Mientras que el flicker no periódico en general es provocado por la eventual conexión de grandes cargas, como hornos, grandes compresores, bancos de capacitores, etc. Otro origen muy común de flicker, es el mal funcionamiento del sistema de iluminación, es especial aquellos que utilizan balastos y/o arrrancadores como las lámparas fluorescentes y lámparas de arco.

56 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía FLICKER Límite de sensibilidad del ojo a las variaciones de iluminación causadas por fluctuaciones de tensión en lámparas de incandescencia. La máxima irritabilidad del ojo humano se da a 8,8 Hz con un umbral de modulación de 0,25% de tensión.

57 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía FLICKER Medidas para mitigar esta perturbación: Elección adecuada del sistema de iluminación (por ej. Los tubos fluorescentes con balasto electrónico son muy poco sensibles al flicker). Alimentar las líneas de iluminación cercanas a la carga perturbadora con un ondulador o regulador de tensión. Modificar la carga perturbadora a través de volantes de inercia en caso de motores, y/o modificar el ciclo de funcionamiento, etc. Modificar la red eléctrica distanciando la carga perturbadora de los circuitos de iluminación o disminuir la impedancia aguas arriba del PCC (Punto de Conexión Común) para reducir la caída de tensión. Agregar capacidad o reactancia en serie con la red aguas arriba del PCC.

58 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

59 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía VARIACIÓN DE FRECUENCIA La variación de frecuencia se origina a partir de un desbalance entre la potencia activa generada y la potencia activa consumida en una red. Causas: Este desbalance puede ocurrir cuando se producen conexiones o desconexiones de grandes cargas o generadores. Si en un instante Pgenerada > Pconsumida  f aumenta (el generador se acelera por exceso de par) Si en un instante Pgenerada < Pconsumida  f disminuye (el generador se frena por falta de par) Consecuencias: Pérdida de velocidad en motores y calentamiento. Problemas mecánicos por variaciones bruscas. Desconexión de equipos por baja frecuencia Desincronización de relojes que utilizan la frecuencia de la red como referencia Desconexión de pequeños generadores

60 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía VARIACIÓN DE FRECUENCIA Una red interconectada constituida por muchos generadores de gran potencia es una red fuerte. Su frecuencia prácticamente no varía aunque fluctúe la carga. Una red aislada constituida por pocos generadores de baja potencia es una red débil. Su frecuencia fluctúa mucho cuando fluctúa la carga. Valores tolerados en sistemas interconectados: Desviación máxima entre +4% y -6% (47 a 52 Hz). Desviación normal ±1% durante el 95% del tiempo (49,5 a 50,5 Hz). Valores tolerados en sistemas autónomos: Desviación máxima entre ±15% (42,5 a 57,5 Hz). Desviación normal ±2% durante el 95% del tiempo (49 a 51 Hz).

61 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

62 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía SUBTENSIÓN Un hueco de tensión es la disminución de la tensión eficaz en un punto de la red de energía eléctrica, en un valor comprendido entre el 90% y el 10% (IEEE-1159), o entre el 90% y el 1% (IEC ) de una tensión de referencia (Uref). Para denominarse hueco de tensión, la perturbación mencionada debe durar entre medio ciclo de red (10 ms) y 1 minuto. La tensión de referencia Uref es la tensión nominal en redes BT y la tensión declarada o tensión de prefalla en redes MT y AT. CAUSAS: - cortocircuitos, - conexión de transformadores, - arranque de grandes motores, etc. CONSECUENCIAS: - desconexión de contactores y equipos sensibles, - reducción del par en motores asincrónicos (proporcional a 𝑈 2 ), - desconexión de equipos informáticos y pérdida de datos, - perturbación del flujo lumínico, etc. Si la subtensión dura menos de 10ms entra en la categoría de transitorio. Si dura más de 1min es una subtensión sostenida.

63 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

64 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía SOBRETENSIÓN Una elevación de tensión es el aumento de la tensión eficaz en un punto de la red de energía eléctrica, en un valor superior al 110% (IEEE-1159) de una tensión de referencia (Uref). Para denominarse elevación de tensión o swell, la perturbación mencionada debe durar entre medio ciclo de red (10 ms) y 1 minuto. La tensión de referencia Uref es la tensión nominal en redes BT y la tensión declarada o tensión de prefalla en redes MT y AT. Origen de las sobretensiones temporales: - defecto de aislamiento entre una fase y neutro - ferroresonancia (entre capacitor e inductancia saturable) - corte del neutro en sistemas desequilibrados - defecto de un regulador de tensión Origen de las sobretensiones de maniobra: - conmutación con carga normal - conexión y desconexión de cargas inductivas - maniobra de circuitos capacitivos Origen de las sobretensiones atmosféricas: - descargas directas de un rayo sobre la línea - efectos indirectos de una descarga de rayo (sobretensiones inducidas y aumento del potencial de tierra) Si la sobretensión dura menos de 10ms entra en la categoría de transitorio. Si dura más de 1min es una sobretensión sostenida.

65 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

66 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía INTERRUPCIÓN Un corte de tensión es la disminución de la tensión eficaz en un punto de la red de energía eléctrica, en un valor menor al 10% (IEEE-1159), o menor al 1% (IEC ) de una tensión de referencia (Uref). Para denominarse corte de tensión, la perturbación mencionada debe durar entre medio ciclo de red (10 ms) y 1 minuto. La tensión de referencia Uref es la tensión nominal en redes BT y la tensión declarada o tensión de prefalla en redes MT y AT. CAUSAS: - En general, las mismas que originan un hueco, pero en este caso el efecto es más severo, - Apertura de elementos de protección luego de una falla. CONSECUENCIAS: - desconexión de todas las cargas, - tanto los cortes breves como los sostenidos generan una gran pérdida económica tanto a los usuarios como a las empresas proveedoras de energía eléctrica. Si la interrupción dura menos de 10ms se considera un transitorio. Si dura más de 1min es una interrupción sostenida.

67 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

68 Perturbaciones en la Calidad de la Energía
MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía TRANSITORIO IMPULSIVO Un transitorio es cualquier perturbación de la tensión o corriente que dura menos de medio ciclo o menos de un ciclo de red según la norma utilizada. Un transitorio impulsivo es un cambio súbito y unidireccional (positivo o negativo) en la condición de estado estable de la tensión, corriente o ambos, y de frecuencia diferente a la frecuencia del sistema de potencia. Son de moderada y elevada magnitud pero de corta duración, del orden del microsegundo. Normalmente están caracterizados por sus tiempos de ascenso (1 a 10 µsec) y descenso (20 a 150 µsec) y por su contenido espectral. Ej: frente de onda escarpado por la descarga de un rayo sobre una línea de transmisión Caída directa Caída indirecta

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MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía DESBALANCE FLICKER VARIACIÓN DE FRECUENCIA SUBTENSIÓN SOBRETENSIÓN INTERRUPCIÓN ARMÓNICOS TRANSITORIO IMPULSIVO TRANSITORIO OSCILATORIO

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MEDICIONES ELÉCTRICAS I Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata Perturbaciones en la Calidad de la Energía TRANSITORIO OSCILATORIO Un transitorio oscilatorio es un cambio súbito en la condición de estado estable de la tensión, corriente o ambos, con polaridades positivas y negativas, y en general, de frecuencia diferente a la frecuencia de operación del sistema. Por su frecuencia se clasifican en: transitorios de alta frecuencia (>500kHz), de media frecuencia (entre 5 y 500kHz) y baja frecuencia (<5kHz). En general se originan por maniobra de bancos de capacitores, ferroresonancia, y apertura y cierre de interruptores en líneas de alta y media tensión entre otros.