Curso analisis armonicos part 1 (1)

Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica
Jean Ponce de Leon Ing, M.C.
Expositor
ANALISIS DE ARMONICOS EN
SISTEMAS ELECTRICOS BT Y MT
Curso PQ
16‐18 Febrero 2017
CIP Miraflores – Lima ‐ Perú

I. Perturbaciones en un Sistema Eléctrico
 Problemas y disturbios de calidad de energía
 Equipos eléctricos afectados
 Eventos Flicker. Análisis y soluciones.
 Normativas Nacionales (NTCSE) e Internacionales referentes a Calidad
de Energía (IEEE y IEC)
II. Armónicos en los Sistemas Eléctricos
 Definiciones
 Cargas Generadoras de Armónicos
 Análisis de la Propagación de los Armónicos en un SE
 Análisis de los Problemas Creados por los Armónicos y su tratamiento
 Como analizar y controlar los armónicos en un SE
 Modelado de Sistemas Eléctricos en Presencia de Armónicos.
Desarrollo.
 Diseño de Filtros Pasivos para la solución de los armónicos. Desarrollo.
Temario

III. Medición de la calidad de energía
 Equipos para el diagnósticos de PQ. Características Técnicas y
Normatividad.
 Consideraciones en los trabajos de campo. Campaña de mediciones.
 Demostración del uso de equipo registrador de PQ (Instalación,
configuración, extracción de información)
 Recomendaciones en la realización de los estudios PQ.
 La oferta, delimitación de responsabilidades,
 Negociación con el suministrador de energía,
 Tratamiento de la información y forma de mostrarla
 Estudios estandares tipo diagnostico (auditoria pq, análisis según
ntcse, etc) y estudios especiales (dimensionamiento de filtros
armónicos, determinación de la direccionalidad, etc).
 Entregables, visualización de informes tipos.
Temario

I. Perturbaciones en sistemas eléctricos
Generación
Transmisión y distribución
Industria pesada
Industria sensible

No hay una definición absoluta de la Calidad de Energía pero
muchos lo definen a traves de como su utilización afecta
negativamente en el desempeño de las cargas en un sistema
eléctrico (productividad). Las empresas suministradoras como los
usuarios finales de un sistema eléctrico ha estado insistiendo en
el concepto de Calidad de la Energía Eléctrica, siendo en los 80’s
tomado como un concepto general que abarca multitud de
disturbios que se pueden presentar en el sistema eléctrico.
Que es la calidad de energía?

Razones que impulsan el estudio de PQ son:
• Las cargas cada día son más sensibles a variaciones, debido a
su constitución electrónica.
• Se ha incrementado el concepto de Mayor Eficiencia en los
sistemas eléctricos.
The NIST -National Institute of Standards and Technology, indica
que los disturbios pueden estar divididos en 2 categorías:
 Disturbios en estado estable; Noise, Harmonics, long term
Overvoltage or Undervoltage conditions.
 Disturbios en estado intermitente; disturbances are Sages,
Swells, Impulse, Transients, and interruption.
Que es la calidad de energía?

Categorías según la IEEE 1159.

Principales Disturbios

Principales Disturbios y posibles causas

• Operación incorrecta de equipo sensible
• Pérdidas de información en Data Center.
• Operación incorrecta y daños de PLCs y
sistemas de control; realizados por
tarjetas y elementos de control electrónico.
• Equipo de telecomunicaciones (interfer).
• Controladores de velocidad para motores.
• Daños en los Motores eléctricos y
transformadores por recalentamiento.
• Problemas en los equipos de FP.
• Disparos intempestivos de dispositivos de
protección (interruptores y fusibles).
• Sobrecalentamiento de conductores (perdidas) y
sobrecarga del neutro.
• Fatiga a la vista por oscilaciones en iluminación.
• Y principalmente… paro de líneas de producción.
Algunos efectos de una mala PQ

Normativas Nacional e Internacional PQ

Nov 1992
Ley N° 25844
Feb1993
D.S. N° 099-93-EM
Oct 1997
D.S. N° 020-97-EM
Línea de Tiempo
NivelJerárquico
Jun 2006
Ley N° 28749
May2008
R.D 016-
2008-
EM/DGE
May 2007
D.S. N° 025-2007
Evolución del Marco Normativo Nacional

PRODUCTO
- Tensión
- Frecuencia
- Perturbaciones
SUMINISTRO
- Interrupciones
ALUMBRADO
PÚBLICO
- Niveles de
iluminación
SERVICIO
COMERCIAL
-Trato al cliente
- Medios de Att.
- Prec. medición
NTCSE
Reporte
Mensual
Reporte
Semestral
Reporte
Semestral
Reporte
Semestral
Normativa Nacional PQ

Normativa Nacional PQ
Estándar Peruano – NTCSE (Norma Técnica de Calidad de los
Servicios Eléctricos)
La calidad del servicio eléctrico consta de tres componentes:
• La calidad de energía o “calidad técnica” del servicio eléctrico que
divide a su vez en:
• Calidad de Suministro; se mide por el número de interrupciones.
• Calidad de Producto; las Variaciones de Tensión (sobretension y
subtension) y las perturbaciones (Armónicos y Flicker).
• La “calidad comercial” del servicio eléctrico que se mide por el trato
al cliente, precisión de la medición de energía y facturación
adecuada.
• La “calidad de alumbrado público” del servicio eléctrico, se mide por
los niveles de iluminación de las vías públicas, de acuerdo a lo
establecido en la normatividad específica de alumbrado.

19
NTCSE - Alcances Generales
Calidad
de
Producto
Calidad
de
Suministro
Calidad del
Servicio
Comercial
Calidad de
Alumbrado
Público
Tolerancias de
InterrupcionesTensión V : ± 5%
Frecuencia : Variable (Hz)
Flicker : Pst  1
Armónicos : THD<8%
Plazos de Atención
Medios de Atención
4Facturas
4Registro de reclamos
4Centro atención
telefónica
Precisión de medida
de la Energía
Niveles de
iluminación
adecuados
Tolerancia:
“Longitud
porcentual de Vías
de A.lumbrado
Publico Deficiente
inferior al 10%”

NTCSE - Calidad de Producto (Urbana-Rural)

NTCSE - Calidad de Producto-Perturbaciones
Tolerancia de
la NTCSE.
Perturbaciones
Armónicas

NTCSE - Calidad de Producto-Perturbaciones

Normativas Internacional PQ
Estándar IEEE
• IEEE Std 1159-1995: Recommended practice for monitoring electric
Power Quality. Se cubre el monitoreo de la PQ de sistemas de potencia de
CA, definiciones de terminología de calidad de potencia, impacto de la calidad
deficiente de la potencia sobre el equipo de la compañía suministradora y del
consumidor y la medición del fenómeno electromagnético. Capítulos clave
son: Objetivos del monitoreo, instrumentos de medición, técnicas de
aplicación del monitoreo, interpretación de los resultados del monitoreo.
• IEEE Std 1159.1-2003. Guide For Recorder and Data Acquisition
Requirements for Characterization of Power Quality Events. (Prep)
• IEEE Std 1159.2-2003. Power Quality Event Characterization. (Prep).
• IEEE Std 1159.3-2003. Recommended Practice for the Transfer of Power
Quality Data. Esta práctica recomendada define un formato de archivo
adecuado para intercambiar mediciones y datos de simulación relacionados
con calidad de la potencia de una manera independiente del vendedor. El
formato está diseñado para representar todos los fenómenos de PQ
identificados en el estándar IEEE std 1159-1995.

Normativa Internacional PQ
Estándar IEEE
• IEEE Std 519-1992: Recommended practices and requirements for
harmonic control in electric power systems. Esta guía se aplica a todos
los tipos de convertidores estáticos de potencia usados en sistemas
industriales y comerciales. Los problemas involucrados en el control de
armónicas y en la compensación reactiva de tales convertidores también se
tocan y se proporciona una guía de aplicación. Se recomiendan límites para
los disturbios al sistema de distribución que afectan a otros equipos y a las
comunicaciones. Esta guía no pretende cubrir el efecto de la interferencia a
frecuencias de radio.
• IEEE Std 1100-2005: Recommended practice for powering and
grounding sensitive electronic equipment, alias [El libro Esmeralda]
the Emerald Book. Prácticas recomendadas de diseño, instalación y
prácticas de mantenimiento para alimentación y puesta a tierra de equipo
electrónico sensitivo usado en instalaciones industriales y comerciales. Se
incluye tanto el control del ruido relacionado con la potencia como el control
del ruido relacionado con señales.

Estándares IEEE
• IEEE Std 141-1993, Recommended Practice for Electric Power
Distribution for Industrial Plants, alias [El libro rojo] the Red Book.
En este estándar se presenta un análisis profundo de las consideraciones
básicas en un sistema eléctrico. Se proporcionan guías sobre el diseño, la
construcción y la continuidad de un sistema eléctrico para lograr la seguridad
de la vida y la preservación de la propiedad; confiabilidad; simplicidad de
operación; regulación del voltaje en la utilización de equipo dentro de las
tolerancias bajo todas las condiciones de carga; cuidado y mantenimiento; y
flexibilidad para permitir el desarrollo y la expansión.
• IEEE Std 142-2007, Recommended Practice for Grounding of
Industrial and Commercial Power Systems, alias [El libro verde] the
Green Book. Presenta una investigación profunda de los problemas de
puesta a tierra y los métodos para resolver estos problemas. Existe un
capítulo separado para la puesta a tierra de equipo sensitivo.
• IEEE P519A, Guide for Applying Harmonic Limits on Power Systems.
Este documento proporciona aplicaciones de ejemplo de los procedimientos y
límites en IEEE 519-1992.

Estándar IEC
• IEC 1000-2-1 “Description of Environment - Electromagnetic
Environment for Low frequency Conducted Disturbances and
Signaling in Public Power Supply Systems, (EMC)”
• IEC Standard 61000-2-X. IEC 61000: Electromagnetic Compatibility
(EMC), Part 2: Environment,
• Section 2: Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances
and signalling in public supply systems. March, 2002.
• Section 4: Compatibility levels in industrial plants for low-frequency
conducted disturbances. June, 2002.
• IEC Standard 61000-3-X. IEC 61000: Electromagnetic Compatibility
(EMC), Part 3: Limits,
• Section 3: Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage
supply systems for equipment with rated current ≤ 16 A. January, 2001.
• Section 5: Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage
power supply systems for equipment with rated current greater than 16A.
• Section 2: Limits for harmonic current emissions (equipment input
current ≤ 16 A per phase). November, 2005.

Estándares IEC
• IEC Standard 61000-4-X. IEC 61000: Electromagnetic compatibility
(EMC) - Part 4: Testing and measurement techniques,
• Section 7: General guide on harmonics and interharmonics
measurements and instrumentation, for power supply systems and
equipment connected.
• Section 15: Flickermeter - Functional and design specifications.
February, 2003.
• Section 30: Testing and measurement techniques - Power quality
measurement methods.
CENELEC “European Committee for Electrotechnical Standarization”,
• EN 50160: 2010 “Voltage Characteristics of Electricity Supplied by
Public Distribution Systems”. Tiene por título “Características de la
tensión suministrada por las redes generales de distribución”, y define las
características principales que debe tener la tensión suministrada por una
red general de distribución en baja y media tensión, en condiciones
normales de explotación, en el punto de entrega al cliente.

Estructura IEC
The Relationship between the IEC, CENELEC, and the
European Union
 IEC 1000-1-x General considerations, definitions and
terminology.
 IEC 1000-2-x Description and classification of the
environment levels and compatibility.
 IEC 1000-3-x Emission and immunity limits.
 IEC 1000-4-x Testing and measurement methodologies
and techniques.
 IEC 1000-5-x Installation and mitigation guidelines.
 IEC 1000-9-x Miscellaneous.

El Flicker. Fluctuaciones de tensión

Definición de Flicker
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 profundidad y de la
frecuencia de las fluctuaciones de tensión que lo causan.
Parpadeo

Normatividad. Un poco de historia.
En 1980 se procura
estandarizar una metodología
de medición en función de lo
existente hasta ese momento.
Fue por los años de 1982 en la
Norma IEC 555-1 trató de
definir al Flicker y la IEC 555-3
especificó los limites de
fluctuación de tensión y Flicker.
Y actualmente normas
actualizadas a la 61000-1-1 y
61000-3-3 respectivamente.
(*) IEC 555-3 Disturbances in supply systems caused by
household applicances and similar electrical equipment
Part3 Voltage Fluctuations1982
Fig. Límite de sensibilidad del ojo a las variaciones
de iluminación causadas por fluctuaciones de
tensión, en lámparas de incandescencia.

Por años, IEEE ha publicado curvas que
recomiendan límites para las fluctuaciones
de tensión (IEEE 141 y IEEE 519). Estas
curvas están basadas en las pruebas con
basamento estadístico a personas, para
determinar el borde de irritabilidad de la
visión y han sido utilizadas ampliamente
por las empresas de servicio eléctrico.
La electrónica de potencia, ha contribuido a
la presencia de complejas fluctuaciones de
voltaje que no son fácilmente tratadas por
la IEEE. Por esta razón la IEEE con la IEC
a trabajado en cooperación para mejorar
los estándares existentes.
Fig. Curvas de limitación de fluctuaciones
de tensión IEEE 141 y IEEE 519

Curvas de Limites de Irritación
La norma considera los cambios relativos porcentuales de formas
de onda de tensión senoidal y cuadrada para frecuencias de 0.5 y
hasta 25 Hz.
Fig. Izquierda la comparación de IEC 61000-4-15 and IEEE 141-1993. A la derecha ampliación del alcance
de la nueva norma para los niveles de tensión 230V 120V y 100V.

La IEC 61000-4-15* (antes IEC 868) proporciona las especificaciones
funcionales y de diseño para medidores de ‘Flicker’:
(*) “IEC 61000-4-15. Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 15:
Medidor de Flicker. Especificaciones funcionales y de diseño. 2013”
Diseño de Medidores de Flicker

Diseño de Medidores de Flicker
Adaptador
Tensión
Entrada
Demodulador
Filtro de
respuesta
ojo-cerebro
Filtro de
respuesta
lampara-ojo
Análisis
estadistico
señal Flicker
Pst: Severidad de Flicker a corto plazo

Las variaciones rápidas de tensión son una de las causas del Flicker.
Bloque1. Input: Hace un escalamiento de la tensión de entrada a un
valor de referencia interno (se independiza la tensión de entrada)
1. Variación de tensión (∆V)
(en la figura existen 7
variaciones de tensión).
2. Duración de la variación
de la tensión.
3. Caída de tensión = E – V.
Fig. Fluctuaciones tensión y los
parámetros que lo definen.
Estimación del Flicker

Bloque 2. Demodulador: Recupera las fluctuaciones de tensión
elevando al cuadrado la señal de tensión para simular el
comportamiento de la lámpara incandescente

Bloque 3. Filtros de paso y de Ponderación: Existen 2 filtros paso
de 1er orden de paso alto (0.05 Hz) y otra de paso bajo (35 Hz). Un
tercer filtro de ponderación es importante por que modela la respuesta
lámpara-ojo, y todo esto definida para lámparas de 230 y 120 voltios.

Bloque 5. Evaluación Estadística: Se calcula el Pst como una
clasificación estadística de los Pinst sobre periodos de tiempo corto
(usualmente 10 min). A partir de la función de probabilidad
acumulativa de los Pinst determina el Pst como:
Ctes: Coeficientes de Ponderación
Pst: Índice de severidad de tiempo corto
S0,1 : Probabilidad de sensación de Flicker mayor que 0,1%...Idem.
El índice de severidad de Flicker de tiempo largo Plt es una
combinación de doce valores sucesivos de Pst adquiridos en un
período de doce horas, o sea, para N=12.

Las oscilaciones de tensión se
pueden mostrar por minuto, por
segundo o Hz.
Ejem: 40 oscil/min = 40/ (60*2)
0.33Hz. De la Curva de Sensibilidad
de Flicker,:
 Para 40 oscil/min el limite
DU/U%=0.9 % y Pst=1.
DU/U%=0.9 % y Pst<1.
DU/U%=0.9 % y Pst>1.
Temas de Aplicación Practica.

Propagación del Flicker desde el sistema de Transmisión al de
Distribución.

(Cont.)
La propagación del Flicker se ha demostrado que las cargas bases
ayudan a atenuar esta propagación, siendo el comportamiento de la
carga en la distribución el motivo. Por las características de la carga,
una pequeña variación de tensión, causan importante variaciones de la
potencia P y Q mas significativas (ver tabla).
Cuando V1 disminuye, la potencia también lo hará en una razón mas
significativa y con esto la corriente por el red de distribución en gral
disminuirá, generando menor caída de tensión en los alimentadores
que distribuyen la corriente, teniendo un efecto atenuador del Flicker.

Punto de medición
Registros de valores altos
de Flicker (Pst), que están
produciendo fluctuaciones
muy notorios de luz, en las
oficinas y residencias.
A este lado de la red no
hay presencia de Flicker
por encima de limites.
“PAC”
Cargas que presentan
continuas y rápidas
variaciones de la
intensidad causaran
variaciones de voltaje.
MT
BT
Equipo de gran
consumo Grúa
Presencia del Flicker en un edificio de oficinas.

Una empresa de consultoría profesional en proyectos de ingeniería Eléctrica2950160-MBX686.ppt
(Cont.)
Análisis y solución:
Se detecto que el alimentador
al edificio de oficinas se
encontraba por periodos
sobrecargado, el trafo estaba
a plena carga.
Se dispuso que el elevador de
carga debe ser alimentado por
una línea separada y conecte
directamente desde la SED.
Punto de medición,
presenta Flicker
debajo de los limites.

Eventos Transitorios
- En los sistemas eléctricos, por distintas causas se presentan
sobretensiones, que pueden producir colapsos de aislamiento y en
consecuencia daños.
- Pueden aparecer; entre fases o entre distintos circuitos, son
llamados de modo común y modo diferencial, entre los conductores
activos y una masa, o la tierra.
- Las sobretensiones transitorias que ocurren en un SEP pueden ser
de origen externo (descargas atmosféricas) o internos (por
operaciones de maniobra asociados a la operación de los
interruptores de poder como por ejemplo, energización de bancos
de condensadores, reactores y transformadores de poder,
corrientes de inrush. Este fenómeno también se presenta durante la
des-energización de cargas capacitivas, filtros de armónicas).

Son los equipos utilizados para protegerse de estos problemas. La
ANSI C 62.41 indica que la forma de lograr una adecuada protección
contra transientes de alto voltaje en las instalaciones de misión crítica
es mediante la implementación de una red escalonada de supresores
de transientes.
Supresores de Transitorios

Tomacorrientes y
circuitos derivados
largos
Categoría A
Alimentadores y
circuitos derivados
cortos
Categoría B Categoría C
Instalación exterior
y acometida
Medidor
voltajes
corrientes
10 kV o más
10 kA o más
6 kV impulso u
oscilatorio6 kV oscilatorio
3 kA impulso
500 A oscilatorio
200 A oscilatorio
Figura de “IEEE Recommended Practice on Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits”
Supresores de Transitorios “TVSS”

Descargas Atmosfer.
Mapa Iso-Ceráunico
El mapa de Niveles Isoceraúnicos del
Perú, incluye datos satélites,
información continental, registros
dispersos compatibilizados con la
geografía y orografía territorial;
destacan las siguientes zonas
ecológicas de habitad natural:

Algunas consideraciones para su instalación y especificación.
- Es muy importante que el supresor de transitorios esté cerca de la
carga a proteger. En caso contrario es posible que éste llegue al
equipo sensible.
- Es importante respetar las “Categorías de Ubicación” para los
supresores de transitorios en circuitos baja tensión. Por ejemplo, en la
acometida uno de Categoría C.
- Es importante que los supresores cuenten con protección en modo
diferencial y en modo común.
- Con el propósito de evitar distancias eléctricas importantes es
necesario que se conecten con conductores tan cortos como sea
posible, sin lazos, sin trenzados y sin curvas pronunciadas.

Cont..
http://www.datacenterconsultores.com/diseno-de-una-red-de-supresores-de-transientes
- No podrán proteger contra disturbios de modo común si no están
conectados a un conductor de puesta a tierra, es indispensable
seguir las instrucciones de instalación del fabricante.
- Se recomienda que el conductor de
puesta a tierra de los supresores no sea
uno de tipo aislado sino uno normal.
- Se recomienda que se instalen
supresores categoría B a la entrada de
un UPS.
- Existen pagins de fabricantes que ayuda
a dimensionar sus productos.

Conexión en paralelo del supresor de transitorios

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