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Práctica # 1: ANALISIS DE CALIDAD DE ENERGIA Christian Patricio Cañafe Clavijo
[email protected] Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca Electrónica de Potencia II
Resumen—En la realizacion de esta practrica acerca de la Calidad de Energía, puede resumirse como la combinación de las variaciones en la tensión, corriente y frecuencia del sistema eléctrico que afectan adversamente al equipo eléctrico y electrónico.
Como se ve en la Fig. 1, en los circuitos de corriente alterna -AC la corriente se incrementa proporcionalmente al incremento del voltaje.
Index Terms—Energia, armonicos, distorciones, calidad.
I.
I NTRODUCCION .
En el analisis de la calidad de energia los problemas se presentan al existir disturbios en el suministro de la energia, tiene repercusiones técnicas y económicas que son muy considerables en la industria, pues una mala calidad principalmente disminuye la vida útil de los equipos y aumenta el consumo de energía y como consecuencia de estos se aumentan considerablemente los gastos económicos en operación, mantenimiento de equipos y generación de energía. II. II-A.
M ARCO T EÓRICO
CALIDAD DE ENERGIA.
La Calidad Eléctrica es un indicador del nivel de adecuación de la instalación para soportar y garantizar un buen funcionamiento de sus cargas. Una perturbación eléctrica puede afectar a la tensión, a la corriente o a la frecuencia. Dichas perturbaciones eléctricas pueden originarse en las instalaciones del usuario, las cargas del usuario o la compañía eléctrica. II-A1. A través de un estudio de Calidad de Energía se busca: Voltaje (Fase-Fase, Fase-Neutro) Corriente (R,S,T,N) Potencia Real (W) Potencia Aparente Reactiva (VAR) Potencia Aparente (VA) Factor de Potencia Desbalance (V) Desbalance (A) Harmónica (Thd %, H1. . . H30 %) Harmónica (Thd A, H1. . . H30A) II-A2. Cargas Lineales.: Esto ocurre cuando en la carga posee elementos como resistencias, inductancias y condensadores de valores fijos. Con estas características en el sistema se tiene un voltaje y corriente senoidal, y por lo general existe un desfase entre ellos.
Figura 1.
Ondas de corriente de una carga lineal
Con una carga lineal, la relación entre el voltaje y la corriente es lineal y proporcional; éste tipo de cargas no representan un problema de distorsión de la forma de onda por el hecho de comportarse de manera lineal. II-A3. Cargas no Lineales.: Las cargas no lineales demandan una corriente no senoidal, cuyo paso por la impedancia del sistema provoca una caída de voltaje no senoidal, lo cual se traduce en una distorsión de voltaje en los terminales de la carga. Entre las cargas no lineales más comunes tenemos los convertidores estáticos, dispositivos magnéticos saturados y hornos de arco. La Fig. 2 presenta un circuito de carga no lineal.
Figura 2.
Circuito de carga no lineal
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El uso de las cargas no lineales se ha incrementado considerablemente en los últimos años. Los convertidores estáticos son las cargas no lineales mas utilizadas en la industria donde se las usa para una gran variedad de aplicaciones, tales como fuentes de poder para procesos electroquímicos, variadores de velocidad y fuentes ininterrumpibles de poder (UPS). Con una carga no lineal no se tiene una relación directa entre el voltaje y la corriente, como se aprecia en la Fig. 3.
Figura 3.
Curva del comportamiento de una carga no lineal
II-B1.
Captura de datos PowerWave: captura datos RMS reales para ver todas las formas de onda de modo que pueda determinar cómo interaccionan tensión, corriente y frecuencia. Eficiencia de Inversor de Potencia: eficiencia de los inversores de potencia. Cuantificación monetaria de la energía : calcula el coste fiscal de la energia desperdiciada por una pobre calidad eléctrica. Análisis de la energía: mide el antes y el después para cuantificar las mejoras de la instalación en el consumo de energía, justificando el uso de los dispositivos de ahorro energético. Detección y resolución de problemas en primer nivel de actuación: analisis de los problemas en pantalla, de forma que pueda volver a poner los equipos en marcha. Mantenimiento predictivo: detecta y previene los problemas de calidad eléctrica antes de que produzcan tiempos de inactividad de la producción. Análisis a largo plazo: descubre los problemas difíciles de detectar o intermitentes. Estudios de carga: comprueba la capacidad de los sistemas eléctricos antes de añadir la carga. II-B2.
II-B.
Analizador de energía y calidad Fluke 434/435
Estos instrumentos determinan la calidad de energía eléctrica, realizan estudios de carga y capturan eventos de tensión difíciles de detectar durante un periodo de tiempo definido por el usuario. El analizador ofrece una completa serie de potentes funciones para la comprobación de sistemas de distribución eléctrica. Algunas de estas funciones le permiten obtener una visión general del funcionamiento del sistema eléctrico, mientras que otras le sirven para examinar detalles específicos. El analizador Fluke 435 dispone de funciones adicionales, como transmisión de señales, registro, precisión de entrada detensión de 0,1 % conforme a la norma IEC61000-4-30 2003 Clase A, memoria adicional para almacenar datos de registro, software de registro de potencia, pinzas amperimétricas flexibles y un maletín con ruedas de alta resistencia. (fig. 4)
Figura 4.
Analizador de energía y calidad Fluke 434/435
Aplicaciones.:
Caracteristicas.:
Eficiencia de inversores de potencia: Permite medir simultáneamente la potencia de salida CA y la potencia de entrada CC para sistemas electrónicos de potencia usando la pinza CC opcional. Captura de datos PowerWave: captura rápidamente datos RMS, muestra medios ciclos y formas de onda para caracterizar las dinámicas de los sistemas eléctricos (arranques de generadores, conmutación de SAI, etc.). Calculadora de Pérdida de Energía: Las mediciones clásicas de potencia activa y reactiva, desequilibrios y armónicos se cuantifican para poner de manifiesto el coste fiscal de las pérdidas de energía. Solución de problemas en tiempo real: Analisa las tendencias con los cursores y las herramientas de ampliación. Permite medir las tres fases y el neutro: Con cuatro puntas de prueba de corriente flexibles incluidas y un mejorado diseño delgado para adaptarse a los lugares más estrechos. Tendencia automática: Todas las mediciones se registran siempre automáticamente, sin necesidad de configuración alguna. Monitor del sistema: Diez parámetros de calidad de potencia en una sola pantalla, de acuerdo con la norma de calidad de potencia eléctrica EN50160. Función de registrador: Configurado para cualquier condición de prueba con memoria de hasta 600 parámetros a intervalos definidos por el usuario. Visualización de gráficos y generación de informes: Con el software de análisis incluido. Vida útil de la pila: Siete horas de tiempo de funcionamiento por carga en un pack de baterías de ión litio.
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III.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
III-A. Analisis de calidad de energía mediante la utilizacion del Fluke 434/435.
pico generado y un valor normal. ya que lo cual se especifica de manera como transcurra el tiempo de medicion.
En el desarrollo de esta practica se ha realizado un analisis del comportamiento y de la calidad mediante la utilizacion del Fluke 434/435 en lo cual el analisis se realizo a un motor sincrono, para dichas mediciones y comportamientos que generaba.(fig.5)
Figura 5.
Figura 7.
Periodo Normal
Figura 8.
Periodo Pico
Analisis de la calidad de energia al motor
III-A1. Cuadro de mediciones Resumen.: En este cuadro podemos observar el comportamiento de las mediciones que se ha realizao al motor sincrono.
III-A3. Potencia Activa y Reactiva.: En la figura 9 vemos como el comportamiento de la potencia reactiva y activa, por lo cual observamos un ligero consumo de potencia activa.
Figura 6.
Cuadro de mediciones Resumen.
Mediante el instrumento Fluke se ha realizado el analisis que mide y cuantifica las pérdidas de energía debido a los problemas de calidad eléctrica, causados por armónicos y desequilibrios, permitiendo al usuario analizar el origen de las pérdidas de energía dentro de un sistema y en las siguientes figuras se realizado las siguientes mediciones y especificaciones con repecto al comportamiento del motor sincrono. III-A2. Medicion de la tension y corriente.: Como podemos observar enlas siguientes figuras se establece el comportamiento de la tension y corriente en la cual observamos un valor
Figura 9.
Potencia Activa y Reactiva.
III-A4. Armonicos generados.: Los armonicos generados que podemos observar es de acuerdo a las mediciones que se realizo.
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Cable USB A-B mini. V.
Figura 10.
Armonicos
III-A5. Energia producida por el motor.: La energia producida por el motor sincrono vemos que es de manera ascendente en lo cual vemos un consumo de energia para el arranque del motor.
C ONCLUSIONES .
La Calidad Eléctrica es un indicador del nivel de adecuación de la instalación para soportar y garantizar un buen funcionamiento de sus cargas. Una perturbación eléctrica puede afectar a la tensión, a la corriente o a la frecuencia. Dichas perturbaciones eléctricas pueden originarse en las instalaciones del usuario, las cargas del usuario o la compañía eléctrica. De esta manera podemos determinar la hora exacta en el que existe una perturbación, dado que el equipo se encuentra en línea almacenando cada evento. Por lo tanto se puede ejecutar medidas correctivas para evitar paralización de los procesos de producción. R EFERENCES [1] Donald g. Fink y H.Wayne Beaty, " Manual de Ingeniería Eléctrica ", Décima Tercera Edición, Tomos I, I I, I I I, y IV, McGraw-Hill, 1993. [2] http://www.adler-instrumentos.es/imagenes_web/novedades/11862spa-01-A.pdf [3] GCOI / SCEL / CECE / GCPS /GCTST / GTCP, " Criterios y procedimientos para la atención a consumidores con cargas especiales", Seminario de Calidad de Energía Eléctrica, Espol, FIEC. Noviembre 1996.
Figura 11.
Energia producida por el motor.
III-A6. Frecuencia / Desequilibrio maxima.: Podemos observar como esta comportandose la maquina en lo cual nos indica su frecuencia y su desiquilibrio maximo que genera en dicha medicion. Christian Patricio Cañafe Clavijo Nació en Cuenca-Ecuador, en 1990. Recibió el Título de Técnico en Sistemas Informaticos en el Colegio Nacional Técnico Manuel Cordova Galarza en el 2007, Actualmente cursa la educación superior en la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica Salesiana .
Figura 12.
Frecuencia / Desequilibrio maxima.
IV.
H ERRAMIENTAS UTILIZADAS .
Banco de trabajo Regulador de Tension Motor Sincrono. Cables Bananas. Fluke 434/435. Juego de puntas de prueba y pinzas cocodrilo, modelo TLS430 Pinzas con códigos de color y adhesivos regionales, modelo WC100 Modelo i430flex-TF, 61 cm (24 pulg.) de longitud, pinzas amperimétricas
