Potencia Distorsion 2m122h

Medición de la Calidad de la Energía Distorsión Armónica

Mediciones Eléctricas I - http://www3.fi.mdp.edu.ar/electrica

Calidad de la Energía Hay cuatro tipo de perturbaciones que caracterizan a la onda de tensión y que permiten medir su grado de pureza:

A. Perturbaciones que afectan a la amplitud

• Huecos de tensión • Fluctuaciones

B. Perturbaciones que afectan a la frecuencia

de tensión

• Cortes breves de tensión • Impulsos de tensión

C. Perturbaciones que afectan al equilibrio D. Perturbaciones que afectan a la forma de la onda


Distorsión armónica

Calidad de la Energ ía Energía s •GEN.

•TRAN.

•DIST.

Generación Medición de Salida

•Maniobras •Descargas atmosféricas •Averías

Onda perfecta


Emisores de perturbaciones •Rectificadores •LFC •Hornos de arco •Baterías de condensadores •Equipos electrónicos Receptores Sensibles •Automatismos •Motores •Computadoras

Huecos de tensión Hueco de tensión: Cuando la tensión cae entre un 10 y 99% de la tensión nominal al cabo de un tiempo determinado, que oscila entre los 10 milisegundos y varios segundos (un minuto)

("Voltage SAGS")


Corte breve de tensión: Cuando se produce la desaparición total de la tensión de las tres fases durante un tiempo superior a 10 milisegundos e inferior a 1 minuto. Es equivalente a un hueco de tensión que afecte a las tres fases y tenga una profundidad del 100%.

¿Cuáles son las causas que determinan la aparición de huecos de tensión? Aparecen debido a la presencia de fallas en la red eléctrica, tanto la externa a la instalación como dentro de ella

Fallas en la red externa Fallas en la red interna

•Cortorcircuitos •Descargas atmosféricas •Fallos de aislación •Cortocircuitos •Conexión de grandes cargas


Variaciones rápidas de tensión


Variaciones rápidas de tensión Flicker (parpadeo): alteraciones del valor eficaz de tensión comprendidas en un rango de ± 5% de la Un •Percepción de la variación de la luminosidad de una lámpara, ocasionada por fluctuaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica. • Origina molestia visual en quien lo percibe. •Depende fundamentalmente de la amplitud, frecuencia y duración de las fluctuaciones de tensión que lo causan. Estas oscilan entre los 0,5 Hz y los 30 Hz de frecuencia.


Variaciones rápidas de tensión: Flicker Fuentes de flicker: •Hornos de arco •Soldadura por arco •Compresores •Máquinas herramientas

Efectos de flicker: •Monitores •Aparatos de TV •Lámparas de incandescencia •Lámparas de descarga


Impulsos de tensión Se define como una variación brusca del valor instantáneo de la amplitud de la tensión.

¿Qué valores lo caracterizan? Un impulso de tensión se caracteriza por su amplitud en valor instantáneo, que puede ser varias veces superior al valor nominal de la tensión, y su duración que oscila entre unos pocos microsegundos y 10 mS. ¿Cuáles son las causas de su aparición? Las causas de aparición de los impulsos son múltiples, aunque suelen estar relacionadas con la conexión y desconexión de equipos a la red y a los fenómenos atmosféricos. En la siguiente tabla se resumen las causas más comunes:


Distorsión armónica : fundamentos ¿Cuándo una tensión o una corriente están distorsionadas? Se habla de corrientes o tensiones distorsionadas cuando su forma de onda no corresponde a una senoide pura.


¿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 los 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 infinita de señales senoidales de frecuencias múltiplos enteros de la frecuencia fundamental ”


Teorema de Fourier

200

a( x)

180. sin ( 100. x) 100

b ( x)

30. sin ( 500. x)

c( x)

a( x)

b ( x)

0

100

200 0 0


0.05

0.1 x

0.15

¿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 desfases relativos de cada una de las componentes senoidales 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.


Factor de Cresta

CF

=

I I

pico eficaz


¿Qué índices normalizados existen para la medida de la distorsión de una señal? 40

Tasa de distorsión total (Total Harmonic Distortion)

THDu % =

∑U i =2

U1

40

2 i

100 THDi % =

2 I ∑i i =2

Ui , Ii valor eficaz de los armónicos de orden i Índice de distorsión individual U1, I1 valor eficaz de la componente fundamental Ejemplo: I1=105 A I3=21 A I5=9 A


212 + 9 2 THDI = .100 = 21.8% 105

I1

100

¿Qué equipos eléctricos y electrónicos son capaces de distorsionar la tensión y la corriente de la red eléctrica? Los equipos capaces de producir la distorsión armónica de las tensiones y corrientes son los llamados "equipos no lineales", es decir, aquellas máquinas o equipos electrónicos que realizan un consumo de corriente no senoidal de la red eléctrica. Los equipos no lineales que mayores efectos de distorsión producen aparecen recogidos en la siguiente tabla:

PRINCIPALES EQUIPOS NO LINEALES 1. Rectificadores 2. Hornos de inducción y de arco 3. Lámparas de descarga 4. Equipos domésticos electrónicos 5. Transformadores de potencia saturados 6. Accionamientos de motores eléctricos Mediciones Eléctricas I - http://www3.fi.mdp.edu.ar/electrica

Ejemplo de instalación con distorsión armónica


EFECTO DE LAS ARMÓNICAS EN CONDUCTORES Aumento en las pérdidas I2R por efecto pelicular.

EFECTO DE LAS ARMÓNICAS EN TRANSFORMADORES Aumento de pérdidas: •Pérdidas por efecto Joule I2R


EFECTO DE LAS ARMÓNICAS EN MOTORES


Resumen perturbaciones en la red


Resumen perturbaciones en la red


Fuentes de Armónicas

• • • • • • • • • • •

Saturación de transformadores Corrientes de energización de transformadores Conexiones al neutro de transformadores Fuerzas magnetomotrices en máquinas rotatorias de corriente alterna Hornos de arco eléctrico Lámparas fluorescentes Fuentes reguladas por conmutación Cargadores de baterías Compensadores estáticos de VAr’s Variadores de frecuencia para motores (“drives”) Convertidores de estado sólido


ESTUDIO DE ARMÓNICOS FACTOR DIVERSIDAD Y ATENUACIÓN


Factor Diversidad (FD) Las dispersiones en el ángulo de fase de las armónicas de cargas individuales provocan una disminución de las corrientes armónicas en la red. Este efecto, conocido como diversidad, se debe principalmente a diferencias en los parámetros del sistema de distribución y a los de la propia carga. El factor de diversidad de corriente (FDk) se define para cualquier armónica k y un conjunto de n cargas conectadas en paralelo, como la magnitud del fasor de la corriente de red, dividido por la suma algebraica de magnitudes de las corrientes individuales, para el mismo orden de armónica.

n

FD k =

k (i )

∑I

k (i )

i =1 n

i =1


r

∑I

Factor Diversidad (FD) 105% →

FD k =

I3 I3( U ) + I3( MONITOR ) + I3( IMPRESORA) + I3( LFC)

110%

THDI%? 95%

130%


Factor Diversidad (FD)


Factor Atenuaci ón (FA) Atenuación

15W

THDI%?

15W

I 3 _ TOTAL n I 3( LFC )


15W

Factor Atenuaci ón (FA) Atenuación


Factor Atenuaci ón (FA) Atenuación La atenuación es provocada por la propia impedancia del sistema de potencia y por la correspondiente distorsión de tensión que tiende a reducir las corrientes armónicas en la red producida por cargas no lineales. El factor de atenuación FAk para la armónica k está definido como la magnitud de la corriente total de la armónica k cuando n cargas idénticas están conectadas en paralelo, dividida por n veces la magnitud de la corriente de una única carga:

FA k =


I k(n) n I k (1)

Potencias y Factor de Potencia en presencia de armónicos


Factor de Potencia con carga lineal FP = λ =

I=

Potencia Activa V I cos(θ − ϕ) = rms rms = cos(θ − ϕ) Potencia Aparente Vrms I rms

P k = U.cosϕ cos ϕ Carga Lineal

7,00

R.I 2

Pérdidas p.u.

6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,40

0,50


0,60 0,70 0,80 0,90 Desplazamiento del factor de potencia

1,00

Fuente sinusoidal y carga no lineal

v( t ) = V1 sen( ωot + θ 1 ) ∞

i (t ) = ∑ I n sen(nωot + ϕ n ) n =1

∞

⎛V I ⎞ P = Pmedia = ∑ ⎜ n max n max ⎟ cos(θ n − ϕn ) 2 ⎠ n =1 ⎝ ⎛VI ⎞ P = ⎜ 1 1 ⎟ cos(θ1 − φ1 ) = V1rms I1rms cos(θ1 − ϕ1 ) ⎝ 2 ⎠ fp(factor potencia ) = λ =

I rms =

∞

∑I n =0

2

∞

= I o +∑ ( 2

nrms

V I cos(θ1 − φ1 ) I1rms P P = = 1rms 1rms = cos(θ1 − ϕ1 ) S Vrms I rms V1rms I rms I rms


n =1

In 2 ) 2

Fuente sinusoidal y carga no lineal FD =

Factor de distorsión

I1rms I rms

fp = cos(θ1 − ϕ1 )FD

THD i =

FD =

∑I n ≠1

2 nrms

I1rms

2

I − I1rms = rms 2 I1rms 2

2

Distorsión Armónica total

1 1 + THD i

2

fp verdadero = fp desplazamiento .fp distorsión = cos ϕ1


1 1 + THD i

2

Factor de Potencia y THDI 1,0000

Máximo Factor de Potencia Verdadero

0,9500 0,9000 0,8500 0,8000 0,7500 0,7000 0,6500 0,6000 0,5500 0,5000 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

THDI%


100

110

120

130 140

150

Potencia de distorsi ón distorsión Para un circuito con ondas senoidales

S2 − P 2 − Q 2 = 0 En un circuito con ondas poliarmónicas la igualdad anterior no se cumple:

S2 − P 2 − Q 2 ≠ 0 2 2 = D2 Q S P 2

2 & D= (U I ) - S

•Potencia de distorsión

N = P2 + D2

•Potencia No Reactiva

F = Q2 + D2

•Potencia Ficticia

2


Potencia de distorsi ón distorsión

y •D: Potencia de distorsión

S1

•F: Potencia Ficticia

Q1

•N: Potencia No Reactiva

UI

E

F

x

O

ψ N

D C

z -y Mediciones Eléctricas I - http://www3.fi.mdp.edu.ar/electrica

Medición de Distorsión Armónica Analizadores de Redes


Laboratorio – Medición de Potencia de Armónicos




PINZA AMPEROMETRICA PROVA 21 •Urms •Irms •Armónicos U e I κ

•P •S •F.P.

ϕ1


Laboratorio – Medición de Potencia de Armónicos Pinza Transductora PINZA PROVA 21

C

Fluke

HIOKI



Mediciones instantáneas

Medicion de armónicos



R S T N



R S T N

THDi %


P.F.

ϕ

Comprobación del cableado: Wiring






Señal de corriente recuperada con Excel WAVE_I1 04/10/2005 10:11:27 1.31E-02 2.61E-03 -2.61E-03 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 -1.83E-02 0.00E+00 -1.04E-02 5.22E-03 -1.57E-02 1.31E-02 -2.09E-02 2.09E-02 -2.87E-02 3.91E-02 -5.48E-02 7.83E-02 -1.36E-01 1.47E+00 3.92E+00 4.92E+00 5.51E+00 5.19E+00 5.19E+00 5.22E+00 5.30E+00

8.00E+00

6.00E+00

4.00E+00

2.00E+00

0.00E+00 1 -2.00E+00

-4.00E+00

-6.00E+00

-8.00E+00


13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253

Señal de corriente recuperada con el Fluke 97








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