Congreso Internacional de Distribución Eléctrica CIDEL Argentina 2010 DESBALANCES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN. EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE LOS MÉTODOS EXISTENTES.

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1 Congreso Internacional de Distribución Eléctrica CIDEL Argentina 2010 DESBALANCES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN. EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE LOS MÉTODOS EXISTENTES PARA SU DETERMINACIÓN Pedro E. Issouribehere Juan C. Barbero Fernando Issouribehere IITREE-FI UNLP Autores Presentador Pedro E. Issouribehere

2 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20102 Introducción El desbalance de un sistema eléctrico trifásico es una condición en la que las ternas de tensiones y/o de corrientes presentan diferencias en el módulo y/o desplazamientos entre las fases distintos de 120 grados eléctricos. La experiencia en mediciones de Calidad de Servicio con equipos del mercado muestra que los fabricantes han utilizando diversos algoritmos de cálculo del desbalance, basados en distintas definiciones. Se comparan resultados con distintas definiciones del factor de desbalance, empleando registros temporales de tensiones y corrientes trifásicas obtenidos en plantas industriales. Este estudio reveló que el desempeño de instrumentos de medición de calidad de suministro y de protecciones que miden el factor de desbalance mediante alguno de estos algoritmos podría resultar objetable.

3 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20103 Definición de desbalance según IEC 61000-4-30 La Norma IEC 61000-4-30 establece que el desbalance se mide como la relación entre la componente de secuencia inversa y la componente de secuencia directa

4 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20104 Diferentes definiciones del desbalance en diferentes documentos del IEEE. [1] IEEE 1993. IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. (Red Book) ANSI-IEEE Std. 141, 1993 [2] IEEE 1995. IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. IEEE Std. 1159. June, 1995. [3] IEEE-1987. IEEE guide for self-commutated converters. ANSI/IEEE Std 936- 1987. [4] IEEE-2000. The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms. Seventh Edition. ANSI/IEEE Std 100-2000. [5] IEEE 2004. IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators. IEEE Std. 112 (Revision of the IEEE Std. 112-1996). Esto, sumado a las diferencias de interpretación de distintos autores, ha dado lugar a manifiestas controversias en cuanto a la medición del desbalance. IEEE Definición de desbalance según IEEE

5 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20105 Definición de desbalance según IEEE En diferentes documentos del IEEE se encuentran las siguientes definiciones: a) c) b) U 1, U 2 y U 3 tensiones de fase o de línea IEEE Las definiciones b) y c) se aplican indistintamente a tensiones de fase y a tensiones de línea, para determinar desbalances de tensiones de fase. El IEEE nunca dice que deben usarse exclusivamente tensiones de fase ó tensiones de línea.

6 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20106 National Electrical Manufacturers Association (USA) [1] y American National Standard Institute [2] adoptan la definición c) del IEEE, con la misma ambigüedad en cuanto al empleo de tensiones de fase o de línea. c) NEMA - ANSI U 1, U 2 y U 3 tensiones de fase o de línea Definición de desbalance según NEMA-ANSI [1] NEMA 2003. Motors and Generators. National Electrical Manufacturers Association of USA. Standard MG1, Section 14.36.2. [2]ANSI-NEMA 1995. Electric Power Systems and Equipment – Voltage Ratings (60 Hz). ANSI C84.1 – 1995.

7 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20107 Comité Européen de Normalisation Electrotechnique adoptó la siguiente expresión: d) Siendo U AB, U BC y U CA los módulos de las tensiones de línea Notas: 1) Esta expresión es exacta y se deriva de a). 2) Se emplean los módulos de las tensiones de línea para obtener el desbalance de la terna de tensiones de fase según la definición las componentes de secuencia. CENELEC Definición de desbalance según CENELEC

8 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20108 Pueden encontrarse otras expresiones para determinar el factor de desbalance. Por ejemplo, la publicada por Pillay-Hofmann-Manyage: Nota: Se debe emplear con los módulos de las tensiones de línea para obtener el desbalance de la terna de tensiones de fase. Otras Definiciones e) U AB, U BC y U CA módulos de las tensiones de línea U ABM, U BCM y U CAM diferencia entre los módulos de las tensiones de línea y su valor medio Otras definiciones de desbalance

9 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 20109 Verificación Experimental: Caso 1 Horno de Arco Eléctrico: Tensiones

10 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 201010 Verificación Experimental: Caso 1 Horno de Arco Eléctrico: Corrientes

11 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 201011 Verificación Experimental: Caso 1 Horno de Arco Eléctrico  Los niveles de desbalance de las tensiones son bajos y aún así los resultados obtenidos con las expresiones del IEEE pueden diferir del valor real.  Como los niveles de desbalance en la corriente son muy elevados las expresiones de IEEE y Pillay-Hofmann-Manyage pueden arrojar resultados erróneos.

12 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 201012 Verificación Experimental: Caso 2 Variador de velocidad: Tensiones

13 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 201013 Verificación Experimental: Caso 2 Variador de velocidad: Corrientes

14 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 201014 Verificación Experimental: Caso 2 Variador de velocidad  En los registros de tensiones hay una importante componente homopolar, llegando a ser mayor que la de secuencia inversa.  Los métodos que no basados en las componentes de secuencia resultarán muy afectados, excepto que se utilicen las tensiones de línea en las cuales el modo común resulta suprimido.  Las expresiones del IEEE que emplean tensiones de línea describen muy bien el desbalance de las tensiones de fase.  En el caso de las corrientes, la característica de la carga impone que la componente homopolar sea nula, pero la componente de secuencia inversa es significativa. Esto hace que algunas expresiones del IEEE den resultados erróneos.

15 IITREE-Universidad Nacional de La PlataCIDEL 201015  El método de las componentes simétricas requiere medir la terna en módulo y fase. Por eso se puso tanto esfuerzo en obtener expresiones alternativas.  La definición del factor de desbalance mediante las componentes de secuencia puede ser aplicada tanto para tensiones (de fase y de línea) como para corrientes.  Los resultados obtenidos con distintas expresiones alternativas fueron estudiados a fondo a partir de mediciones trifásicas reales.  Se encontraron situaciones bajo condiciones de operación normal de hornos de arco y de variadores de velocidad en las que las expresiones alternativas pueden arrojar valores bastante alejados de los reales.  Las diferencias encontradas sugieren ser muy cuidadosos al tratar con protecciones o mediciones obtenidas con registradores que utilicen alguna de esas expresiones alternativas. CONCLUSIONES