Curso analisis armonicos part 3

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

III. Medición de la calidad de energía
Antes
(1990-1999)
Después
(2000-2008)

Gama Baja:
Equipo mide
hasta h<15º
Analizador moderno, mide de acuerdo
a la IEC 1000-4-7. Cumple con los
requerimientos de la NTCSE.
Gama Media: Equipo
especial mide hasta h<25º
Gama Alta: Equipo denominado
“Analizador” mide hasta h = 40º o 50º
Equipos para el Diagnostico de PQ

Análisis espectral en Analizadores
Transformada de Fourier
Análisis espectral a señales
NO PERIÓDICAS. (señal continua
de periodo infinito)
Jean Baptiste Joseph Fourier
(1768 - 1830)
Series Fourier
Análisis espectral a señales
PERIÓDICAS, una particularidad
de TF. (como una combinación de
señales armónicas)

 La mayoría de señales se perciben en el dominio del
tiempo (tensión y corriente instantánea, flujo, etc.)
 Representación Amplitud-Tiempo.
LIMITACIÓN
 La utilización del dominio de la frecuencia aporta un
punto de vista complementario de la señal.
 Representación Amplitud-Frecuencia.
 Muy útil para obtener los armónicos de señales
estacionarias.
No permite extraer fácilmente
información sobre las componen-
tes frecuenciales de la señal.

    
k
kok tkAtf cos
FFT tf
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
tiempo (ms)
Amplitud
0 50 100 150 200 250
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
frecuencia (Hz)
Amplitud
FFT
Dominio frecuenciaDominio tiempo

TRANSFORMADA RÁPIDA DE FOURIER (FFT)
Es una aplicación eficiente de cálculo de la FT, su
cálculo rápido se considera como una ventaja.
Su estimación de la amplitud fundamental y de
sus armónicos tiene aproximación razonable:
 La FFT funciona bien para señales periódicas
en estado estacionario;
 Sin embargo, no funciona bien para señales
con cambios rápidos en forma de onda, por
ejemplo transitorios o huecos de tensión.

Aplicación FFT para señales con transitorios
tiempo (ms)
amplitud
frecuencia (armonico)
amplitud
FFT


frecuencia (armonico)
amplitud
tiempo (ms)
amplitud
FFT

La herramienta
perfecta para
calcular armónicos
La FFT sirve para calcular
los armónicos en los equipos de
instrumentación de forma muy,
muy rápida...

La FFT no sirve para analizar
transitorios o señales que
no son estacionarias.
¿y cómo voy a analizar las maniobras
en las líneas de transporte o la
conexión y desconexión de
baterías de condensadores....?

 Se puede considerar que las señales
son estacionarias durante pequeños
intervalos de tiempo.
 Considerando la premisa anterior, se
puede aplicar la TF a cada uno de estos
intervalos de tiempo.
 Para cada uno de estos intervalos se
tiene un espectro de frecuencias.
Dennis Gabor
(1946)

0 10 20 30 40 50 60 70 80
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
tiempo (ms)
amplitud
Ventana
 D. Gabor (1946) adaptó la TF para analizar pequeños
intervalos de tiempo utilizando una técnica de ventanas
deslizantes.
 La precisión depende del tipo y tamaño de la ventana.
tiempo (ms)
frecuencia

Teorema de Nyquist o del Muestreo
“La frecuencia de muestreo mínima requerida para realizar una
grabación digital, debe ser igual al doble de la frecuencia de la señal
analógica que se pretenda digitalizar”.
Tasa/Frec Muestreo (Fm) > 2 x (Ancho de Banda Señal)
Es decir, que la tasa de muestreo se debe realizar, al menos, al doble
de la frecuencia de señal analógica.
Muestras en 1 periodo (Nper) = Fm / Frec (Onda fund.)

Teorema de Nyquist o del Muestreo (Cont)
Por ejemplo, los sonidos más agudos que puede captar el oído
humano son 20 kHz (ancho de banda de la señal), por lo tanto tasa de
muestreo para obtener “calidad de CD” es de 44,1 kHz como, un poco
más del doble de 20 kHz.
Fm > 2 x 20 kHz  44.1 kHz

El efecto Aliasing: se produce cuando la frecuencia de muestreo es
inferior a la frecuencia Nyquist y por lo tanto insuficiente para hacer el
muestreo correctamente.
• En Azul, la onda original (ancho de banda señal analógica 10 kHz)
• En Rojo, reconstrucción de la onda con tasa de muestreo 20 kHz
se ha perdido algo de información pero no demasiado.
• En Verde, reconstrucción de la onda con tasa de muestreo 5 kHz,
se aprecia fácilmente como se ha deformando la onda.

Resolución de una convertidor A/D
Es la cantidad de bits que entrega a su salida luego de completada la
conversión. También puede expresarse como el porcentaje o partes
por millón (ppm).
Significa también, si se establece una resolución de 8 bits/muestra,
cada muestra tomada quedará representada por 28 = 256 valores
distintos para aproximar cada muestra. Por lo tanto, tendrá una
resolución de 1/28×100 = 0,3906 % o 3906 ppm.

Equipo Analizador RPM
Sampling Frecuency: 10.24 kHz
Resolución de 14 bits
Full scale (FS) = 707 Vrms (707*2√2=1999.69)
 Nper = 10.24 kHz / 60 Hz = 170 muestras por ciclo.
 Resol = 214 = 16 384 muestras de aprox.
 Saltos de aproximac.= 2√2*Vrms/Resol =122 mV  86.3 mVrms
Observ.
Para una mínimo requerimiento para registrar hasta la armonica h=40.
Fseñal= 2.4 kHz  Fm = 4.8 kHz  80 muestras por ciclo.

III. Normas y estándares
¿Se encuentra mi equipo
analizador PQ apto para
medir en la NTCSE?.
¿Quien daría la aptitud de
mi analizador PQ?
Normatividad de Equipos PQ en la NTCSE

Tabla 1.
Equipos
Aprobados
para la
Medición de
la Calidad
de Tensión
Fecha actualizado:
14 de julio del 2016

Tabla 2. Equipos
Aprobados para
la Medición de
Perturbaciones
Fecha actualizado:
14 de julio del 2016

Consideraciones en campo mediciones PQ
LAS MEDICIONES EN CAMPO

Consideraciones en Mediciones PQ
Consideraciones al momento de realizar la mediciones en campo:
 Aparte del equipo especializado PQ, es conveniente que sea
versátil en campo y que tenga un programa de análisis y de
grafico las variables eléctricas adecuada.
 Buena capacidad de memoria (1 mes) y velocidad de captura
eventos transitorios (256 muestras/ciclo).
 Capturar formas de onda de Tensión y Corriente tipo foto al
momento de las mediciones puntuales.
Equipo versátil
para campo.
Equipo no
adecuado para
campo.

Es importante el tema de la seguridad: la mediciones en
campo:
 La seguridad del equipo (cadena candado), el cliente es
responsable de la custodia.
 Realización de los trabajos con seguridad. Muchas
empresas requieren EPPs adecuados para trabajo con
tensión en BT (traje anti-flama, careta, botas dieléctricas,
etc).
Equipo de trabajo:
02 técnicos electric.

 Transductores
 Transformadores de potencial
Es conocido que los transformadores de potencial (TP´s),
tienen una respuesta en frecuencia prácticamente lineal
hasta cerca de los 1000 Hz. El IEEE-519 recomienda que
la mayoría de los TP´s se pueden utilizar con una
precisión de 97% en frecuencias hasta 5 kHz
 Transformadores de corriente
IEEE recomienda que se pueden utilizar los TC´s
instalados en tableros de medición, confiablemente hasta
frecuencias de 20 kHz, con un error no mayor a 3 %.

 Para campañas de mediciones es necesario realizar una
planificación de las mediciones, de modo de tener en
cuenta los domingos, feriados, días puente, etc.
 Importante, hacer una visita a las instalaciones donde se
instalaran los equipos para prever los inconvenientes.
 Tener un equipo de prestaciones menores para verificar
los registros visualizados en el analizador PQ.
 Una buena regla al dejar el equipo registrando por varios
días, es realizar descargas del primer registro y asegura
la medición correcta.

 Tiempo de monitoreo?. Si no esta normada, puede ser de 3
días de tener un primer diagnostico. La Norma IEEE 519
recomienda que los índices de distorsión armónica se
obtengan a través de mediciones durante periodos de 3 días
a intervalos de 5 o 10 minutos, lo cual garantiza que se
cubran los periodos de máxima demanda.

 Para mediciones de primer diagnostico, elegir el punto de
que consolide subpaneles, y dependiendo de los resultados
será con mayor detalle (entiéndase que estamos buscando
un problema).

Recomendaciones en los estudios PQ
La Oferta:
La oferta de un servicio de PQ, es un documento formal que
transmite la negociación técnica/económica entre el cliente y
la empresa prestadora de servicios. Entre otras cosas debe
contener:
 Los limites de la responsabilidad, la operación de los
equipos es recomendable que sea por parte del cliente
(conoce sus equipos), evitar daños y prejuicios durante
ejecución (lucro cesante).
 Indicar la forma de pago y limitar el monto de la oferta a
un tiempo adecuado.

La Oferta:
• Alcance del servicio, es importante y con un nivel
de detalle de las actividades, equipos a utilizar, los
entregables, criterios de aceptación etc.
• Antes de la oferta realizar una inspección visual de las
instalaciones eléctricas y levantamiento de información;
de modo de ver las dificultades para el trabajo.
• Objetivo de las mediciones (IEEE 519, NTCSE, Tipo
Diagnostico, Auditoria Eléctrica, Análisis Tarifario). Que
parámetros eléctricos se avaluarán :
• Parámetros Grales.
• Armónicos de Potencia.
• Transitorios.
Recomendaciones en los estudios PQ.

La Oferta:
• Responsabilidad del cliente, por la custodia del equipo,
confeccionar un guía y registro fotográfico.
• Cualquier servicio inicial de PQ, debe ser bajo un
alcance tipo Diagnostico, y no ampliar un alcance en
base de escenarios futuros que son inciertos, esto
genera el problema de cumplimiento de los criterios de
aceptación.
• Las mediciones realizadas anteriormente, solo serán
tomadas como referencial, mas no se deben ser
tomadas para la implementación de una solución.

Negociación con el Suministrador de Energía:
• La medición debe realizarse con un equipo que cumpla
los requerimientos exigidos para cada caso.
• La solicitud para la medición debe llevarse en los
términos cordiales de cliente y usuario. En ese sentido
se cursa una solicitud con el motivo de la medición y
enviada al sectorista comercial (o centro de atención).
• El suministrador no debería negarse, pero puede haber
una negativa, el usuario puede hacer su reclamo de
segunda instancia ante Osinergmin.
• Tener en cuenta que el medidor es un equipo de
propiedad del cliente, pero ubicado un recinto propiedad
del concesionario.

Negociación con el Suministrador de Energía
 Cualquier medición para que tenga formalidad:
Medición de PQ
para la NTCSE
Medición de PQ
para la NTCSE
Medición de
Potencia-Energía
Análisis Tarifarios
Medición de
Potencia-Energía
Análisis Tarifarios
Medición para
Contraste de
Medidores
Medición para
Contraste de
Medidores
Punto de Entrega
(Límite Responsab)
Punto de Entrega
(Límite Responsab)
…….

 Gráficos de tendencias Diaria.
Tratamiento de la información PQ

 Gráficos de tendencias Horaria.

 Gráficos basados en funciones de probabilidad.

 Frecuencia Acumulativa para un registro completo.

 Frecuencia
Acumulativa

Entregables. Informe tipo.

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