Tesis sobre calidad de la energía

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MORELOS FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA

EVALUACIÓN Y MEDICIÓN DEL SUMINISTRO ELÉCTRICO PROPORCIONADO AL TAMULBA UTILIZANDO UN ANALIZADOR DE REDES

TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO ELÉCTRICO

PRESENTA

CARLOS FUENTES MIRANDA  ASESOR

DR. LUIS CISNEROS VILLALOBOS

CUERNAVACA, MORELOS

2015

AGRADECIMIENTOS  Al Dr. Luis Cisneros Villalobos por aceptar ser asesor para guiar y revisar la elaboración de este trabajo.  A los profesores M.I. Francisco Aquino Roblero, M.C. Javier Macedonio Macedonio Andrés, Dr. Mario Limón Mendoza, Dr. Outmane Oubram, por sus comentarios y revisión de esta tesis.  Al personal académico, académico, administrativo administrativo y de servicios de la Facultad de Ciencias Ciencias Químicas e Ingeniería.

RESUMEN Se realizó un estudio para determinar, evaluar, complementar y comparar los factores internos de la instalación eléctrica del TAMULBA durante un periodo de actividades normales (y posterior a algunas modificaciones que fueron efectuadas a sus instalaciones en fechas anteriores) que intervienen en su actual nivel de calidad de energía. Se muestran los resultados de la evaluación realizada a algunos factores que intervienen en la calidad del suministro eléctrico que la CFE otorgó entre el 22 de Octubre y 1 de Noviembre de 2014, basado en las normas y estándares nacionales e internacionales. Lo anterior se realizó a fin de proponer una serie de recomendaciones para mejorar la calidad de la energía en el edificio mencionado así como de la compañía suministradora.

ABSTRACT  A study was carried out in order to determine, determine, to evaluate, to complement complement and to compare the internal factors in the electrical installation of TAMULBA during a period of normal activities (and after some changes made to its facilities in previous dates) which are involved in its current power quality level. The results of the evaluation performed to some of the factors involved in the power quality of the electric supply that CFE granted between October 22nd and November 1 st, 2014 based on the national and international norms and standards are shown. This was done in order to propose a series of recommendations to improve the power quality in the building mentioned above as well as of the electric power company.

I

CONTENIDO

ÍNDICE DE FIGURAS........................................................................................................ V ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................... VIII LISTA DE ACRÓNIMOS .................................................................................................. IX PRESENTACIÓN .............................................................................................................. X CAPÍTULO 1. GENERALIDADES ..................................................................................... 1 1.1 Introducción a la calidad en el suministro de la energía eléctrica ............................. 1 1.1.1 Concepto de calidad .......................................................................................... 2 1.1.2 Calidad de la energía eléctrica ........................................................................... 3 CAPÍTULO 2. MONITOREO DE LA RED ELÉCTRICA .................................................... 4 2.1 Características de las ondas de tensión y de corriente ............................................. 4 2.2 Clasificación de los fenómenos electromagnéticos electromagnéticos................................................... 5 2.3 Variaciones Variaciones de estado estable.................................................................................. 6 2.3.1 Variaciones RMS de larga duración ................................................................... 6 2.3.2 Distorsión de la forma de onda .......................................................................... 9 2.3.3 Fluctuaciones de voltaje (flicker) ...................................................................... 23 2.3.4 Desbalance Desbalance ...................................................................................................... 25 2.4 Perturbaciones Perturbaciones ....................................................................................................... 27 2.4.1 Variaciones RMS de corta duración ................................................................. 27 2.4.2 Transitorio Tr ansitorioss ...................................................................................................... 30 2.4.3 Variaciones de frecuencia ................................................................................ 33 2.5 Factor de potencia y factor de potencia con distorsión armónica............................ 34 2.6 Termografía infrarroja de la instalación eléctrica .................................................... 37 2.7 Resumen de normas .............................................................................................. 38 CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Y DEL ANALIZADOR DE REDES AEMC 3945-B ................................................................................................................. 39 3.1 Instalación eléctrica del TAMULBA......................................................................... 39 3.1.1 Descripción ...................................................................................................... 39 3.1.2 Tensión de servicio .......................................................................................... 39 3.1.3 Cargas conectadas conectadas .......................................................................................... 39 3.1.4 Circuitos instalados .......................................................................................... 40 II

3.1.5 Corriente de cortocircuito ................................................................................. 41 3.1.6 Corriente de carga ........................................................................................... 41 3.1.7 Impedancia Impedancia relativa .......................................................................................... 41 3.2 Analizador de redes AEMC 3945-B ........................................................................ 42 3.2.1 Función de un analizador analizador de redes .................................................................. 42 3.2.2 Ventajas de usar el analizador de redes .......................................................... 43 3.2.3 Características y aplicaciones del analizador de redes AEMC 3945-B ............. 43 3.2.4 Parámetros del analizador analizador de redes AEMC 3945-B ......................................... 45 3.2.5 Modo transitorio ............................................................................................... 46 CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE MEDICIONES DE LA RED ELÉCTRICA DEL TAMULBA TAMULBA 47 4.1 Programación de la medición de los parámetros eléctricos .................................... 47 4.1.1 Duración del monitoreo .................................................................................... 47 4.1.2 Instalación del equipo ...................................................................................... 47 4.1.3 Configuración del instrumento.......................................................................... instrumento.......................................................................... 48 4.1.4 Software y extracción de datos ........................................................................ 51 4.2 Reporte de los datos obtenidos obtenidos .............................................................................. 53 4.2.1 Resumen de resultados resultados ................................................................................... 53 4.2.2 Prueba de frecuencia [-1%,1%]........................................................................ 54 4.2.3 Prueba de frecuencia [-6%,4%]........................................................................ 55 4.2.4 Prueba de frecuencia [-0.8%,0.8%].................................................................. 56 4.2.5 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 1 [-10%,10%] ................ 57 4.2.6 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 2 [-10%,10%] ................ 58 4.2.7 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 3 [-10%,10%] ................ 59 4.2.8 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 1 [-15%,10%] ................ 60 4.2.9 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 2 [-15%,10%] ................ 61 4.2.10 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 3 [-15%,10%] .............. 62 4.2.11 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 1 [-10%,10%] ................ 63 4.2.12 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 2 [-10%,10%] ................ 64 4.2.13 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 3 [-10%,10%] ................ 65 4.2.14 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 1 [-15%,10%] ................ 66 4.2.15 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 2 [-15%,10%] ................ 67 4.2.16 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 3 [-15%,10%] ................ 68 4.2.17 Prueba de parpadeo de la fase 1: Pst ≤ 1  ...................................................... 69 III

4.2.18 Prueba de parpadeo de la fase 2: Pst ≤ 1  ...................................................... 70 4.2.19 Prueba de parpadeo de la fase 3: Pst ≤ 1  ...................................................... 71 4.2.20 Prueba de desbalance de voltajes de línea ≤ 2% ........................................... 72 4.2.21 Prueba de desbalance de voltajes de línea ≤ 3 % ........................................... 73 4.2.22 Prueba de desbalance de voltajes de fase ≤ 2% ............................................ 74 4.2.23 Prueba de desbalance de voltajes de fase ≤ 3% ............................................ 75 4.2.24 Prueba de desbalance de corrientes ≤ 5% ..................................................... 76 4.2.25 Prueba de factor de potencia en la fase 1 ≥ 0.9  ............................................. 77 4.2.26 Prueba de factor de potencia en la fase 2 ≥ 0.9  ............................................. 78 4.2.27 Prueba de factor de potencia en la fase 3 ≥ 0.9  ............................................. 79 4.2.28 Prueba de factor de potencia promedio ≥ 0.9 ................................................. 80 4.2.29 Prueba de distorsión armónica total de voltajes de línea ≤ 8% ....................... 81

4.2.30 Prueba de distorsión armónica total de voltajes de fase ≤ 8% ........................ 82 4.2.31 Prueba de distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 1 ≤

8% ............................................................................................................................ 83 4.2.32 Prueba de distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 2 ≤

5% ............................................................................................................................ 84 4.2.33 Prueba de distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 3 ≤

8% ............................................................................................................................ 85 4.2.34 Prueba de armónicos armónicos individuales individuales 1-25 de voltaje en las tres fases............... 86 4.2.35 Prueba de armónicos individuales 1-25 de corriente en la fase 1 ................... 87 4.2.36 Prueba de armónicos individuales 1-25 de corriente en la fase 2 ................... 88 4.2.37 Prueba de armónicos individuales 1-25 de corriente en la fase 3 ................... 89 4.2.38 Informe de eventos transitorios de voltaje y corriente con umbral de 20% ..... 90 4.3 Prueba y reporte termográfico ................................................................................ 91 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ............................................ 92 5.1 Técnicas T écnicas de atenuación atenuación de disturbios..................................................................... 92 5.2 Recomendaciones para mejorar la calidad de la energía en el TAMULBA ............. 97 5.3 Conclusiones Conclusiones.......................................................................................................... 98 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 99

IV

ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES ..................................................................................... 1 Figura 1.1. Problemas 1.1. Problemas más comunes en Calidad de Energía y sus Orígenes. ............... 2 CAPÍTULO 2. MONITOREO DE LA RED ELÉCTRICA .................................................... 4 Figura 2.1. Forma 2.1. Forma típica de una onda sinusoidal. .......................................................... 4 Figura 2.2. Distribución 2.2. Distribución de incidencias de parámetros de la calidad de la energía. ....... 6 Figura 2.3. Sobretensión. Sobretensión. .............................................................................................. 7 Figura 2.4. Baja tensión. ................................................................................................ 7 Figura 2.5. Desplazamiento Desplazamiento por C.D.............................................................................. 9 Figura 2.6. Fenómeno Fenómeno de distorsión armónica de una onda sinusoidal. sinusoidal........................ 10 Figura 2.7. Representación Representación de series de Fourier de una función periódica.................. 11 Figura 2.8. Efecto 2.8. Efecto piel a diferentes frecuencias. .......................................................... 14 Figura 2.9. Espectro armónico. .................................................................................... 17 Figura 2.10. 2.10. Muescas de tensión causadas por un convertidor trifásico. ..................... 22 Figura 2.11. Onda 2.11. Onda de tensión con ruido. ...................................................................... 23 Figura 2.12. Fluctuaciones de voltaje causadas por la operación de un horno de arco eléctrico........................................................................................................................ 24 Figura 2.13. Depresión de tensión. .............................................................................. 27 Figura 2.14. Cresta de tensión..................................................................................... 28 Figura 2.15. Interrupción 2.15. Interrupción momentánea debida a una falla y operación subsecuente de recierre. ........................................................................................................................ 29 Figura 2.16. Transitorio impulsivo positivo. .................................................................. 30 Figura 2.17. Transitorio 2.17. Transitorio oscilatorio de corriente ocasionada por conmutación consecutiva consecutiva de capacitores. capacitores. ......................................................................................... 31 Figura 2.18. Transitorio oscilatorio de baja frecuencia. ................................................ 31 Figura 2.19. Propagación 2.19. Propagación de una descarga atmosférica al sistema de distribución. .... 32 Figura 2.20. 2.20. Variaciones Variaciones de frecuencia. frecuencia........................................................................ 33 Figura 2.21. Triángulo 2.21. Triángulo de potencias. potencias. ........................................................................... 34 Figura 2.22. Pirámide 2.22. Pirámide de potencias. potencias. ............................................................................ 35 CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Y DEL ANALIZADOR DE REDES AEMC 3945-B ................................................................................................................. 39 Figura 3.1. Diagrama unifilar del TAMULB T AMULBA. A. ............................................................... 40 V

Figura 3.2. Partes 3.2. Partes del analizador AEMC 3945-B. ........................................................ 44 CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE MEDICIONES DE LA RED ELÉCTRICA DEL TAMULBA TAMULBA 47 Figura 4.1. Conexión 4.1. Conexión de los sensores de voltaje en cada fase y neutro....................... 47 Figura 4.2. Conexión 4.2. Conexión de los sensores de corriente en cada fase. ................................ 48 Figura 4.3. Analizador 4.3. Analizador de redes conectado a los sensores de voltaje y corriente. ....... 48 Figura 4.4. Tipo de conexión seleccionado. seleccionado. ................................................................. 49 Figura 4.5. Sensor de corriente SR193........................................................................ 49 Figura 4.6. Ejemplo 4.6. Ejemplo de configuración configuración de perfil de medición. ........................................ 49 Figura 4.7. Ejemplo de configuración de perfil para nueva grabación. ......................... 50 Figura 4.8. Ejemplo 4.8. Ejemplo de configuración de perfil de búsqueda de eventos transitorios. .. 51 Figura 4.9. Ventana de conexión de PowerPad. PowerPad. .......................................................... 52 Figura 4.10. Frecuencia. Frecuencia. .............................................................................................. 55 Figura 4.11. Voltaje 4.11. Voltaje de línea de la línea 1. ................................................................... 57 Figura 4.12. Voltaje 4.12. Voltaje de línea de la línea 2. ................................................................... 58 Figura 4.13. Voltaje 4.13. Voltaje de línea de la línea 3. ................................................................... 59 Figura 4.14. Voltaje 4.14. Voltaje de fase de la fase 1. ..................................................................... 63 Figura 4.15. Voltaje 4.15. Voltaje de fase de la fase 2. ..................................................................... 64 Figura 4.16. Voltaje 4.16. Voltaje de fase de la fase 3. ..................................................................... 65 Figura 4.17. Parpadeo en la fase 1. ............................................................................. 69 Figura 4.18. Parpadeo en la fase 2. ............................................................................. 70 Figura 4.19. Parpadeo en la fase 3. ............................................................................. 71 Figura 4.20. Voltajes de línea. ..................................................................................... 72 Figura 4.21. Desbalance 4.21. Desbalance de voltajes de línea. ............................................................. 73 Figura 4.22. Voltajes de fase. ...................................................................................... 74 Figura 4.23. Desbalance 4.23. Desbalance de voltajes de fase. .............................................................. 75 Figura 4.24. Corrientes RMS. ...................................................................................... 76 Figura 4.25. Desbalance Desbalance de corrientes. corrientes. ....................................................................... 76 Figura 4.26. Factor 4.26. Factor de potencia en la fase 1. ............................................................... 77 Figura 4.27. Factor 4.27. Factor de potencia en la fase 2. ............................................................... 78 Figura 4.28. Factor 4.28. Factor de potencia en la fase 3. ............................................................... 79 Figura 4.29. Factor 4.29. Factor de potencia promedio. .................................................................. 80 Figura 4.30. Distorsión 4.30. Distorsión armónica de los voltajes de línea. l ínea. ........................................... 81 Figura 4.31. Distorsión 4.31. Distorsión armónica de los voltajes de fase. f ase. ............................................ 82 VI

Figura 4.32. Distorsión armónica total de corriente corriente en la fase 1................................... 83 Figura 4.33. Distorsión armónica total de corriente en la fase 2................................... 84 Figura 4.34. Distorsión armónica total de corriente en la fase 3................................... 85 Figura 4.35. Interruptor 4.35. Interruptor termomagnético caliente. ....................................................... 91 Figura 4.36. 4.36. Fusible caliente. ....................................................................................... 91 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ............................................ 92 Figura 5.1. Filtro 5.1. Filtro de armónicas. ................................................................................... 92 Figura 5.2. Receptáculo 5.2. Receptáculo con conductor de tierra aislada. ............................................ 93 Figura 5.3. Diagrama esquemático de transformador ferrosonante. ............................ 94

VII

ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES ..................................................................................... 1 CAPÍTULO 2. MONITOREO DE LA RED ELÉCTRICA .................................................... 4 Tabla 2.1. Clasificación 2.1. Clasificación y características típicas de los fenómenos electromagnéticos según la Norma IEEE Estándar 1159 de 2009. .............................................................. 5 Tabla 2.2. Tolerancia 2.2. Tolerancia para las tensiones de acuerdo a la Norma ANSI.......................... 8 Tabla 2.3. Relación 2.3. Relación entre las secuencias y las armónicas. .......................................... 14 14 Tabla 2.4. Niveles 2.4. Niveles de compatibilidad para voltajes armónicos, en porcentaje del voltaje nominal. IEC 6100-3-6. ................................................................................................ 18 Tabla 2.5. Niveles 2.5. Niveles de compatibilidad para voltajes armónicos, en porcentaje del voltaje nominal. EN 50160....................................................................................................... 18 Tabla 2.6. Límites de distorsión armónica de voltaje. ................................................... 19 Tabla 2.7. Límites 2.7. Límites máximos de distorsión armónica total en tensiones y de CAIMT en el punto de acometida. acometida. ..................................................................................................... 19 Tabla 2.8. Límites 2.8. Límites de distorsión de corriente para sistemas de 120 V a 69 kV. ............ 20 Tabla 2.9. Distorsión 2.9. Distorsión armónica máxima permitida en corriente para baja, media y alta tensión hasta 69 kV. k V. ..................................................................................................... 20 Tabla 2.10. Límites de interarmónicos interarmónicos de voltaje para menos de 1 kVA. ..................... 21 Tabla 2.11. Límites 2.11. Límites de variaciones variaciones de tensión. ............................................................ 24 Tabla 2.12. Desbalance 2.12. Desbalance máximo permitido en la tensión en el punto de acometida. .... 26 Tabla 2.13. Desbalance máximo permitido en la corriente en el punto de acometida. . 26 Tabla 2.14. Resumen de cada norma estudiada. estudiada. ......................................................... 38 CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Y DEL ANALIZADOR DE REDES AEMC 3945-B ................................................................................................................. 39 Tabla 3.1. Parámetros 3.1. Parámetros de medición y monitoreo del analizador de redes AEMC 3945-B. ..................................................................................................................................... 45 CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE MEDICIONES DE LA RED ELÉCTRICA DEL TAMULBA TAMULBA 47 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ............................................ 92 Tabla 5.1. Comparativa Comparativa de métodos de protección y mitigación................................... 96 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 99

VIII

LISTA DE ACRÓNIMOS Español TAMULBA CFE f T NOM SEDE F H C.D. FP BT MT

Taller Multidisciplinario Multidisciplinario Básico Comisión Federal de Electricidad Electrici dad Frecuencia Periodo Norma Oficial Mexicana Secretaría de Energía Fases Hilos Corriente Directa Factor de Potencia Baja Tensión Media Tensión

Inglés IEEE IEC EN  ANSI NETA ISO PLC RMS PCC SC L pu UPS LV MV HV EHV PF DPF THD TDD

Institute of Electrical and Electronics Engineers International Electrotechnical Commission Commissi on European Normalization Normalizati on American National National Standards Standards Institute Institute International Electrical Testing Asociation International Organization for Standardization Programmable Logic Controller Root Mean Square Point of Common Coupling Short Circuit Load Per Unit Uninterruptible Uninterru ptible Power Supply Low Voltage Medium Voltage High Voltage Extra High Voltage Power Factor Distortion Distorti on Power Factor Total Harmonic Distortion Total Demand Distortion

IX

PRESENTACIÓN  Al surgir nuevas tecnologías que se incorporan a las redes eléctricas nace la necesidad de nuevos estándares para variables que afectan la calidad de energía. Si bien ya se cuenta con los estándares de diferentes instancias del rubro eléctrico no basta solo con con su existencia sino que se deben incorporar a las redes. En fechas anteriores se realizó un trabajo de tesis similar al presentado, realizado en las instalaciones del mismo edificio pero antes de que se hicieran modificaciones a su instalación. Se espera determinar y evaluar los factores internos de la instalación eléctrica del TAMULBA que intervienen en el nivel de calidad de energía con que cuenta para de esta manera tomar medidas para conservar o mejorar su red eléctrica. Así mismo se planea evaluar algunos factores que afectan la calidad del suministro eléctrico que la CFE otorga. El contenido ha sido estructurado en cinco capítulos que se describen a continuación: Capítulo 1: Contiene 1: Contiene la parte introductoria del trabajo a realizar, los objetivos generales y específicos, la justificación del problema referente a la importancia de la calidad de la energía y el alcance de la tesis. Capítulo 2:  2:  Se determinan los puntos importantes relativos a la calidad de la energía como son frecuencia, nivel de tensión, factor de potencia y continuidad, así como qué son los transitorios y armónicos en una red eléctrica, su importancia y qué normas y estándares los regulan. Capítulo 3: 3: Se exponen las características de la red eléctrica del TAMULBA: nivel de tensión, corrientes de cortocircuito, circuitos instalados y sus protecciones así como una descripción general de los equipos utilizados en el taller. Se describen las características de los diferentes tipos de analizadores de redes eléctricas disponibles en el mercado, centrándose en el modelo de analizador que va a ser utilizado. Capítulo 4:  4:  Se explican detalles sobre el tipo de monitoreo que va a ser realizado, el periodo en que se efectúan las mediciones y la forma de efectuar este proceso. Se describe cómo se programó el equipo así como la manera en que se extraen los datos del mismo para su posterior análisis. Basado en las mediciones, se realiza una interpretación de las características eléctricas e información de los eventos transcurridos durante el periodo de monitoreo, comparándolos con las normas eléctricas aplicables en México. Capítulo 5: Se 5: Se exponen las conclusiones del estudio de calidad de energía realizado y se consuma un desarrollo de sugerencias para solucionar problemas que puedan surgir en la red eléctrica basándose en las características obtenidas sobre el comportamiento del suministro eléctrico en cuestión.

X

La realización de este tipo de investigaciones para analizar la calidad del suministro eléctrico cuyo fin es proponer e implementar mejoras tiene un impacto importante en la calidad de la educación de todas las carreras ofrecidas por la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, beneficiando un aproximado de 253 estudiantes y 15 profesores del área de ingeniería eléctrica.

XI

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES

1.1 Introducción a la calidad en el suministro de la energía eléctrica Existe un problema de calidad de la energía eléctrica cuando ocurre cualquier desviación de la tensión, la corriente o la frecuencia que provoque la mala operación de los equipos de uso final y deteriore la economía o el bienestar de los usuarios; asimismo cuando ocurre alguna interrupción del flujo de energía eléctrica. Los efectos asociados a problemas de calidad de la energía son:   

Incremento en las pérdidas de energía; Daños a la producción, a la economía y la competitividad empresarial; Incremento del costo, deterioro de la confiabilidad, de la disponibilidad disponibilid ad y del confort.

 Actualmente  Actualmente el estudio de la calidad de la energía eléctrica ha adquirido mucha importancia y la razón más importante es la búsqueda del aumento de productividad y competitividad de las empresas. Asimismo porque existe una interrelación entre calidad de la energía eléctrica, la eficiencia y la productividad. Para aumentar la competitividad las empresas requieren optimizar sus procesos productivos mediante:  



  

Uso de equipos de alta eficiencia como motores eléctricos, eléctricos , bombas, etc. Automatización de sus procesos mediante dispositivos electrónicos y de computación (microcontroladores, ordenadores, PLC, etc.). Reducción de los costos vinculados con la continuidad del servicio y la calidad de la energía. Reducción de pérdidas de energía. Evitar los costos por sobredimensionamiento sobredimensionam iento y tarifas. Prevención del envejecimiento envejecimient o prematuro de los equipos.

La proliferación de equipos de control y automatización ha aumentado los problemas de confiabilidad en la producción pues los equipos electrónicos son una fuente de perturbaciones para la calidad de la energía eléctrica ya que distorsionan las ondas de tensión y corriente. Por otro lado estos equipos son muy sensibles a distorsión o magnitud de la onda de tensión por lo que una variación en la calidad de la energía eléctrica puede ocasionar fallas que paralicen la producción ocasionando tiempo perdido y costos de producción inesperados. En la Figura 1.1 se presentan algunos de los conceptos más relevantes, relacionados con la calidad de la energía. Como se puede apreciar, este concepto involucra la interacción existente entre el sistema y las cargas conectadas a este. Los diferentes fenómenos que afectan la calidad de energía en los sistemas eléctricos son ocasionados por cargas sensibles o efectos de cargas no lineales.

1

Figura 1.1. Problemas 1.1. Problemas más comunes en Calidad de Energía y sus Orígenes. Es por esto que hay que convivir con el problema y encontrar soluciones cada vez más óptimas, para lo cual el estudio de los fenómenos de la calidad de la energía es indispensable.

1.1.1 Concepto de calidad Uno de los aspectos que preocupa y día a día adquiere más relevancia entre consumidores industriales, comerciales, residenciales y las compañías suministradoras de energía, es el concepto de “Calidad en el Suministro de la Energía Eléctrica”. El término “calidad” es entendido de muy distinta manera p or distintos usuarios y por las

propias compañías suministradoras, y en efecto existen muchas definiciones de calidad. Muchos autores han dado su propia definición al término “calidad”: 

W. Edwards Deming: “Calidad no significa alcanzar la perfección, significa

conseguir una eficiente producción con las características que espera obtener el mercado.” 



Phillip Crosby: “Conformidad con los requisitos.” Norma ISO 9001:2000: “Grado en que un conjunto de características inherentes cumplen con los requisitos.”

De las definiciones anteriores se concluye que la “calidad” es el grado en que el c onjunto de propiedades y características (implícitas o establecidas) de un producto o servicio cumplen con las necesidades o expectativas establecidas, implícitas u obligatorias de los clientes o consumidores. Es decir, existe calidad si un producto o servicio cumple con una serie de requisitos que eran los esperados por los potenciales usuarios del mismo.

2

1.1.2 Calidad de la energía eléctrica En relación con la energía eléctrica, el término “Calidad” se puede definir como: “el grado en que la energía eléctrica suministrada satisface las expectativas de los usuarios”.

Los problemas asociados a la calidad de la energía eléctrica no son nuevos. Lo que es nuevo es que ahora los usuarios están más conscientes de las consecuencias de estos fenómenos y que las técnicas para su detección y corrección son más accesibles que en años pasados. Todos los sistemas eléctricos están expuestos a contingencias y diversos problemas causados por fenómenos naturales, accidentes o por la propia operación de la red, lo cual repercute en la calidad de la energía. La norma IEC (61000-2- 2/4) define la Calidad de la Energía Eléctrica como: “Una característica física del suministro de electricidad la cual debe llegar al cliente en condiciones normales, sin producir perturbaciones ni interrupciones en los procesos del mismo”:

Para la Norma IEEE Estándar 1159 de 2009: “El término se refiere a una amplia variedad de fenómenos electromagnéticos que caracterizan la tensión y la corriente eléctricas, en un tiempo dado y en una ubicación dada en el sistema de potencia”.

Para la Ley de la Industria Eléctrica de CFE: “Grado en el que las características y condiciones del Suministro Suministr o Eléctrico cumplen con los requerimientos requerimient os técnicos determinados por la Comisión Reguladora de Energía con el fin de asegurar el correcto desempeño e integridad de los equipos y dispositivos de los Usuarios Finales ”. Este concepto de calidad incluye todo lo relacionado con una gran variedad de disturbios, que se generan en los sistemas eléctricos y que causan desviaciones de las condiciones adecuadas de tensión, corriente o frecuencia resultando en fallas de los sistemas, en operaciones erráticas de los equipos o en la suspensión del servicio. Las fallas más comunes son sobretensión, baja tensión, variaciones en la frecuencia, distorsiones armónicas e interrupción del servicio (apagones), mismas que se describirán en el siguiente capítulo.

3

CAPÍTULO 2. MONITOREO DE LA RED ELÉCTRICA

2.1 Características de las ondas de tensión y de corriente Las ondas de tensión y corriente están definidas por las siguientes características principales: 





Fase: La fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente. Amplitud de la onda: la amplitud de una onda es el valor máximo, tanto positivo como negativo, que puede llegar a adquirir la onda sinusoidal. El valor máximo positivo que toma la amplitud de una onda sinusoidal recibe el nombre de "pico o cresta".



El valor máximo negativo, "vientre ” o “valle".



El punto donde el valor de la onda se anula al pasar del valor positivo al negativo, negativo, o viceversa, se conoce como “nodo”, “cero” o “punto de equilibrio”.





Frecuencia de la onda: La frecuencia (f) del movimiento ondulatorio se define como el número de oscilaciones completas o ciclos por segundo (f=1/T). Forma de la onda.

10 V

O

Figura 2.1. Forma 2.1. Forma típica de una onda sinusoidal.

4

2.2 Clasificación de los fenómenos electromagnéticos Según la Norma IEEE Estándar 1159 de 2009 los fenómenos electromagnéticos pueden ser de tres tipos:   

Variaciones en el valor RMS de la tensión o la corriente. Perturbaciones de carácter transitorio. transitori o. Deformaciones en la forma de onda.

La Tabla 2.1 muestra un resumen de las características típicas de los fenómenos electromagnéticos. Tabla 2.1.  2.1.  Clasificación y características típicas de los fenómenos electromagnéticos según la Norma IEEE Estándar 1159 de 2009. Categorías 1.0 Transitorios 1.1 Impulsivos 1.1.1 Nanosegundos 1.1.2 Microsegundos 1.1.3 Milisegundos 1.2 Oscilatorios 1.2.1 Baja frecuencia 1.2.2 Media frecuencia 1.2.3 Alta frecuencia 2.0 Variaciones RMS de corta duración 2.1 Instantáneas 2.1.1 Sag/Dip (Valles) 2.1.2 Swell (Crestas) 2.2 Momentáneas 1.2.1 Interrupciones 1.2.2 Sag/Dip (Valles) 1.2.3 Swell (Crestas) 2.3 Temporales 1.2.1 Interrupciones 1.2.2 Sag/Dip (Valles) 1.2.3 Swell (Crestas) 3.0 Variaciones RMS de larga duración 3.1 Interrupciones sostenidas 3.2 Bajo voltaje 3.3 Sobrevoltajes 3.4 Sobrecarga de corriente 4.0 Desbalance 4.1 Voltaje 4.2 Corriente 5.0 Distorsión de forma de onda 5.1 Desplazamiento o corrimiento de C.D. 5.2 Armónicos 5.3 Interarmónicos 5.4 Notching (hendiduras o muescas de tensión) 5.5 Ruido 6.0 Fluctuaciones de voltaje (flicker) 7.0 Variaciones de frecuencia

Contenido espectral

Duración

5 ns rise 1 μs rise 0.1 ms rise

< 50 ns 50 ns – 1 ms > 1 ms

< 5 kHz 5-500 kHz 0.5-5 MHz

0.3 – 50 ms 20 μs

Magnitud de voltaje

5 μs

0 – 4 pu 0 – 8 pu 0 – 4 pu

0.5 – 30 ciclos 0.5 – 30 ciclos

0.1 – 0.9 pu 1.1 – 1.8 pu

0.5 ciclos – 3 s 30 ciclos – 3 s 30 ciclos – 3 s

<0.1 pu 0.1 – 0.9 pu 1.1 – 1.4 pu

>3 s – 1 min >3 s – 1 min >3 s – 1 min

<0.1 pu 0.1 – 0.9 pu 1.1 – 1.2 pu

> 1 min

0.0 pu

> 1 min > 1 min > 1 min

0.8 – 0.9 pu 1.1 – 1.2 pu

estado estable estado estable

0.5 – 2% 1.0 – 30%

estado estable

0 – 0.1%

0 – 9 kHz 0 – 9 kHz

estado estable estado estable estado estable

0 – 20% 0 – 2%

banda ancha <25 Hz

estado estable intermitente

0 – 1% 0.1 – 7%

<10 s

± 0.10 Hz

5

La incidencia de cada uno de los fenómenos mencionados anteriormente no es igual:

Figura 2.2. Distribución 2.2. Distribución de incidencias de parámetros de la calidad de la energía.

2.3 Variaciones de estado estable 2.3.1 Variaciones RMS de larga duración Las variaciones lentas de voltaje son conocidas con el término regulación de voltaje, el cual es un parámetro de gran importancia en lo que se refiere al buen funcionamiento del equipo eléctrico conectado al sistema de potencia. Clasificación de las Variaciones de Tensión de Larga Duración Sobretensión es el incremento de la tensión a un nivel superior al 110% del valor nominal (1.1 pu) con una duración mayor de un minuto. Las sobretensiones son usualmente el resultado de la desconexión de grandes cargas o debido a la conexión de bancos de capacitores. Generalmente se observa cuando el sistema es muy débil para mantener la regulación de la tensión o cuando el control de la tensión es inadecuado. La incorrecta selección del tap en los transformadores ocasiona sobretensión en el sistema. Baja tensión es tensión es la reducción en el valor RMS de la tensión a menos del 90% del valor nominal con una duración mayor a un minuto. La conexión de una carga o la desconexión de un banco de capacitores pueden causar una baja tensión hasta que los equipos de regulación actúen correctamente para restablecerlo. 6

Los circuitos sobrecargados pueden producir baja tensión en las terminales de la carga.

Time (minutes)

Figura 2.3. Sobretensión. 2.3. Sobretensión.

Figura 2.4. Baja 2.4. Baja tensión.

La sobretensión y la baja tensión generalmente no se deben a fallas en el sistema. Estas son causadas comúnmente por variaciones de la carga u operaciones de conexión y desconexión. Estas variaciones se registran cuando se monitorea el valor RMS de la tensión contra el tiempo. sostenida  cuando la ausencia de tensión se manifiesta Se considera una interrupción sostenida  por un periodo superior a un minuto. Este tipo de interrupciones frecuentemente son permanentes y requieren la intervención del hombre para restablecer el sistema.

7

Normatividad aplicable ANSI C84.1-2011 Todo equipo eléctrico ha sido diseñado para trabajar de forma óptima a un voltaje de referencia, ya sea de 110, 120, 240, 480 y 600 volts, empleando un margen de variación generalmente del ±10% del voltaje nominal para solventar las variaciones de voltaje en el sistema eléctrico debido a la conexión y desconexión de equipos. Toda variación en el voltaje de referencia fuera de los límites establecidos puede causar daños en los equipos conectados al sistema eléctrico. Tabla 2.2. Tolerancia 2.2. Tolerancia para las tensiones de acuerdo a la Norma ANSI. VALOR NOMINAL (V) 120 208 240 277 480 2400 4160 4800 13800 34500

RANGO DESEABLE (V) 114 - 126 197 – 218 228 – 252 263 – 291 456 – 504 2,340  – 2,525 4,050  – 4,370 4,680  – 5,040 13,460  – 14,490 33,640  – 36,230

RANGO ACEPTABLE (V) 110 - 127 191 – 220 220 – 254 254 – 293 440 – 508 2,280  – 2,540 3,950  – 4,400 4,560  – 5,080 13,110  – 14,520 32,780  – 36,510

NOM-001-SEDE-2012 En la sección 4.2.2.3 sobre Valores y tolerancias se establece que las Tensiones y tolerancias no excederán el e l margen de ± 10 por ciento y tenderán a reducirse r educirse progresivamente Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica En el punto II del Artículo 18, contenido en el Capítulo V (Del suministro y la venta de energía eléctrica) de este Reglamento se afirma lo siguiente: Que las tolerancias en el voltaje de alta, media o baja tensión no excedan de diez por ciento en más o en menos y tiendan a reducirse progresivamente. EN 50160 Variaciones de tensión en BT y MT: ±10% durante el 95% de la semana, media de valores eficaces medidos en periodos de 10 minutos. Variaciones de tensión en BT y MT: +10%, -15% durante el 100% de la semana, media de valores eficaces medidos en periodos de 10 minutos. Un sobrevoltaje o swell sucede cuando el voltaje suministrado es mayor que 110% del voltaje nominal.

8

Interrupción breve de la tensión del suministro en BT, MT (hasta 3 minutos). Pocas decenas  –  pocas centenas /año. Duración del 70% de las interrupciones < 1 seg. Con reducción del 95 % durante 5 segundos (EN 61000-6-1, 6-2). Interrupción prolongada de la tensión de suministro en BT, MT: (mayor de 3 minutos) <10  – 50/año. Una interrupción sucede cuando el voltaje suministrado tiene un valor menor al 1% del voltaje nominal. Al año se permiten hasta 1000 interrupciones breves (hasta 3 minutos) y 50 interrupciones prolongadas (de más de 3 minutos).

2.3.2 Distorsión de la forma de onda Existen cinco tipos principales de distorsión de forma de onda: 1. 2. 3. 4. 5.

Desplazamiento por C.D. Armónicos Interarmónicos Notching (hendiduras o muescas de tensión) Ruido

1. Desplazamiento por C.D. La presencia de una tensión o corriente directa (DC) en un sistema de corriente alterna (AC) de potencia se denomina corrimiento DC (DC offset). Esto puede ocurrir por una perturbación geomagnética debida al efecto de la rectificación de media onda, extensores de vida o controladores de luces incandescentes. Este tipo de controlador, por ejemplo, puede consistir de diodos que reducen el valor RMS de la tensión de alimentación por rectificación de media onda. La corriente directa en redes de corriente alterna produce efectos perjudiciales al polarizar los núcleos de los transformadores de forma que se saturen en operación normal causando el calentamiento y disminuyendo la vida útil de estos equipos, además de que es una causa potencial del aumento de la corrosión en los electrodos de puesta a tierra y en otros conductores y conectores.

Figura 2.5. Desplazamiento por C.D.

9

2. Armónicos Son distorsiones de la onda sinusoidal de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas no lineales. Los armónicos generalmente no son producidos por la compañía suministradora de energía, son más bien generados por los consumidores como cargas industriales no lineales y si estos armónicos son de suficiente magnitud, pueden desplazarse al sistema eléctrico de potencia y afectar a otros consumidores.

Figura 2.6. Fenómeno 2.6. Fenómeno de distorsión armónica de una onda sinusoidal. La forma de onda resultante está compuesta por la suma de la onda de voltaje y/o corriente fundamental con un número de ondas sinusoidales puras con frecuencias múltiplos de la fundamental. Parámetros de los armónicos Se clasifican por tres parámetros: Orden, Frecuencia y Secuencia. Basándose en la afirmación de Joseph Fourier: “cualquier señal periódica, por

compleja que sea, se puede descomponer en una suma de señales sinusoidales cuya frecuencia es múltiplo de la frecuencia fundamental o de referencia”, la modelación

matemática de una onda sinusoidal distorsionada por armónicos es la siguiente: 

 g (t )  A0   ( An  cos(ht )  Bn  sin(h t ))   n 1

10

(2.1)

Figura 2.7. Representación 2.7. Representación de series de Fourier de una función periódica.

Los coeficientes A n y Bn son constantes relativas al armónico h -ésimo. En particular A 0 representa la componente de continua contenida en la onda periódica, la cual está prácticamente ausente en el sistema eléctrico Normalmente se trabaja con valores eficaces. El valor eficaz F de una señal temporal f(t) se calcula mediante la expresión:  F 

1

T 

f (t ) dt    T   2

(2.2)

o

La expresión (2.2) puede reescribirse en término de valores eficaces: 

 f (t )  A0   2  Cn  co cos( ht   n )  

(2.3)

n 1

Donde Cn y   representan respectivamente el valor eficaz y la fase del armóni co hésimo. En sistemas eléctricos no distorsionados las magnitudes son de una sola frecuencia, llamada frecuencia del sistema, sin embargo si hay distorsión, es necesario distinguir la frecuencia fundamental (la que habría si el sistema no estuviese distorsionado de las restantes). Por lo tanto, la parte más significativa del sumatorio es la relativa a la fundamental. Dada una carga no lineal demandante de una intensidad con cierto contenido armónico, es deseable que la fuente suministradora de potencia sólo perciba la componente fundamental de dicha intensidad. n

11

El orden Partiendo de que la frecuencia fundamental en México es de 60 Hz, el número de orden determina el número de veces que la frecuencia de ese armónico es mayor a la fundamental. También se define como la relación que hay entre la frecuencia del armónico (f  n) y la frecuencia fundamental (f 60 60). n



 f  n  f  60

 

(2.4)

La frecuencia Se define como el resultado de multiplicar el número de orden del armónico por la frecuencia fundamental (60 Hz), por ejemplo: 3a armónica 3 x 60 Hz = 180 Hz. 5a armónica 5 x 60 Hz = 300 Hz. 7a armónica 7 x 60 Hz = 420 Hz. Los armónicos de orden impar son los que se encuentran en las redes eléctricas. Los de orden par sólo aparecen cuando hay asimetría en la señal eléctrica. La secuencia El teorema de componentes simétricas se utiliza para simplificar el análisis de los sistemas de energía trifásicos desequilibrados, pues permite describir de forma general un sistema polifásico desbalanceado (con n fases) como la suma de n sistemas equilibrados aplicando el principio el  principio de superposición. superposición. El teorema establece que si se tiene un sistema trifásico cualquiera donde sus componentes simples sean  I  ,  I b e  I c , el sistema se puede representar de la siguiente manera: a

Donde

0

0

0

 I a , Ib , I c

0

 I a



Ia

 Ib



Ib

 I c



Ic

0

0





Ia



Ib



Ic









I a



I b



I c



 

(2.5)



  constituyen un sistema de secuencia cero u homopolar,







 I a Ib I c ,

,

constituyen un sistema de secuencia positiva y  I a , I b , I c   constituyen un sistema de secuencia negativa inversa en que se cumplen las siguientes condiciones: 

12





0

0



2

0

 I a  I b  I c 

 I b  a  I a 



 

(2.6)

 I c  a  I a

a  1120

Las armónicas que se presentan en sistemas balanceados tienen una relación directa con las componentes de secuencia positiva, negativa y cero. Esto se puede ver en el siguiente sistema trifásico balanceado:  I a



 I b



 I c



I sin(h a ) I sin( h b )  

(2.7)

I sin(h c )

Donde para que sea un sistema trifásico balanceado, entonces:  a   t   b   t   120  

(2.8)

 c   t   120

De esta manera para los diferentes valores de Para

h



1  es

h  se

tiene que:

una secuencia positiva:  I a  I sin( a )  I sin( t )  I b  I sin( b )  I sin( t  120 )  

(2.9)

 I c  I sin( c )  I sin( t   120 )

Para

h



2  es

una secuencia negativa:  I a  I sin(2 a )  I sin(2 t )  I b  I sin( 2 b )  I sin( 2t  240 )  I sin(2 t  120 )

 

(2.10)

 I c  I sin(2 c )  I sin( 2t  240 )  I sin(2 t  120 )

Para

h



3  es

una secuencia cero:  I a  I

sin(3 a )  I sin(3 t )

 I b  I

sin(3 b )  I sin(3t  360)  I sin(3 t )  

 I c  I

sin(3 c )  I sin(3t  360)  I sin(3 t )

(2.11)

En adelante se repiten las secuencias, quedando la relación que existe entre las armónicas y las secuencias como se muestra en la Tabla 2.3.

13

Tabla 2.3. Relación 2.3. Relación entre las secuencias y las armónicas. Secuencia +  Armónica 1 Frecuencia 60 (Hz)

2 120

0 3 180

+ 4 240

5 300

0 6 360

+ 7 420

8 480

… …

De esta manera el comportamiento de las armónicas es similar al comportamiento de las secuencias. Efectos de los armónicos 









En el caso concreto de las baterías de los condensadores para la corrección del factor de potencia son más perjudiciales los de secuencia negativa y fundamentalmente el 5°. Por el contrario, los de secuencia cero, al ser su frecuencia múltiplo eléctrico de la fundamental, se desplazan por el neutro, haciendo que por él circule la misma o más corriente que por las fases con el consiguiente calentamiento del mismo, de ahí la necesidad de igualar la sección del neutro a las fases. Sobre los transformadores y generadores: El contenido armónico provoca un calentamiento considerable en el núcleo debido a la histéresis y a las corrientes parásitas. Sobre los motores: Produce un sobrecalentamiento debido a las corrientes armónicas de secuencia negativa (5ª armónica) y las corrientes parásitas. Sobre los conductores: Las armónicas provocan un sobrecalentamiento de conductores debido al efecto piel; entre mayor es la frecuencia, el grado de penetración de la corriente en el conductor es menor, tendiendo a que viaje por su superficie.

Figura 2.8. Efecto 2.8. Efecto piel a diferentes frecuencias. 



Sobre el tablero de distribución: distribuc ión: Calentamientos Calentamiento s debido a corrientes parásitas que generan vibraciones y zumbidos. Sobre los capacitores empleados para corregir el factor de potencia: Debido a que los capacitores pueden ser la impedancia más baja de un sistema, las armónicas pueden quemar los fusibles. 14











Sobre los dispositivos de protección contra sobrecorrientes: sobrecorrie ntes: Los dispositivos de protección contra sobrecorrientes como fusibles y desconectadores son afectados por el calentamiento debido al efecto Kelvin (o piel) por corrientes con alto contenido armónico Sobre los dispositivos de protección: Estos se ven afectados por las armónicas provocando disparos en situaciones en las que no debiera producirse este fenómeno, ello se debe al calentamiento adicional en el tablero generado por la circulación de corriente de la 3ª armónica en el conductor neutro. Sobre los instrumentos de medición: Las armónicas pueden provocar errores en la medición de energía cuando se utilizan equipos de inducción. Sobre los equipos electrónicos: Al distorsionarse distorsionar se su forma de onda, los equipos pueden sufrir fallas en su funcionamiento. Sobre los reguladores de tensión: Muchos de estos dispositivos de control emplean circuitos que miden el punto de cruce por cero de las ondas de tensión o corriente, pero con un contenido elevado de armónicas puede haber muchos cruces, lo que provocaría la inestabilidad en la velocidad y en el control de frecuencia.

Orígenes de los armónicos Entre otros muchos, los principales causantes de las distorsiones armónicas son: Las reactancias electromagnéticas electromagnétic as y electrónicas de alumbrado Equipos de soldadura eléctrica Equipos electrónicos conectados a la red monofásica Las reactancias electromagnéticas electromagnétic as para lámparas de descarga Arrancadores electrónicos Variadores de velocidad.      

Medición de los armónicos Tasa de distorsión armónica individual en tensión (U) y corriente (I) La tasa de distorsión armónica se define como la relación porcentual de la tensión (o de la corriente) en valor eficaz de la frecuencia del armónico correspondiente y la tensión (o corriente) en valor eficaz del parámetro en cuestión correspondiente a la frecuencia fundamental:  HDU   HDU n



U ca f  

n



U ca f  

100%  

(2.12)

60

 HDI   HDI n

 I ca f   

n

 I ca f  

60

15



100%  

(2.13)

Tasa total de distorsión armónica Se llama así a la tasa de distorsión armónica total (THD) referenciada a la frecuencia fundamental:

 hn

2

n2

THD f   n 

100%  

h1

2

(2.14)

Referenciado a la tensión ( U  ) y corriente eficaz (  I  ) respectivamente: ca

ca

U ca 2

n

THDU 

2n



n 2

U ca

100%  

(2.15)

100%  

(2.16)

1

 I 

2

can

THD I 

2n

n2



 I ca

1

 

La THDI es generada por las cargas de circuitos no lineales en la instalación; La THDU es generada por las fuentes, como resultado de una corriente en el circuito muy distorsionada. distorsionada.

Distorsión de demanda total Es la relación entre la corriente armónica y la demanda máxima de la corriente de carga. Cuando se efectúan mediciones relacionadas con armónicas en los sistemas eléctricos, es común encontrar niveles de THD altos en condiciones de baja carga que no afectan la operación de los equipos ya que la energía distorsionante que fluye es también baja. Para evaluar adecuadamente estas condiciones se define el TDD que es el parámetro de referencia que establece los límites aceptables de distorsión de corriente en la Norma IEEE Estándar 519 de 2014.

 I 

2

can

TDD I 

2n

n2



 I  L

100%  

(2.17)

IL es la demanda máxima promedio de corriente fundamental de carga, que se calcula como el promedio mensual de demanda de corriente máxima de los últimos 12 meses o puede estimarse. En condiciones de carga máxima TDD (I) = THD (I). 16

El espectro armónico Es la descomposición de una señal en sus armónicos en el dominio de la frecuencia.  Así se representa en un diagrama diagrama de barras el porcentaje de cada una de las señales señales armónicas, cuya suma produce la señal total analizada.

Figura 2.9. Espectro 2.9. Espectro armónico. Normatividad aplicable Límites de armónicos de voltaje Establece los límites de máxima distorsión que las compañías suministradoras deben garantizar en el punto de suministro a sus usuarios. Estándar IEC 61000-3-6 Establece los límites de distorsión de armónicos de voltaje para los niveles de tensión manejados en Europa: Baja Tensión (LV: Vn=1 kV), Media tensión (MV: 1kV230kV). La Tabla 2.4 presenta los niveles de compatibilidad o límites de armónicos de voltaje en baja y media tensión. Estos son valores de referencia para coordinar la emisión y la inmunidad de los equipos conectados a la red de distribución de potencia, estableciendo que el 95% de las mediciones realizadas deben de cumplir con estos límites de tal forma que la empresa distribuidora entregue al usuario voltaje sin distorsión o voltaje capaz de hacer funcionar correctamente al equipo conectado al punto de suministro.

17

Tabla 2.4.  2.4.  Niveles de compatibilidad para voltajes armónicos, en porcentaje del voltaje nominal. IEC 6100-3-6. Armónicos impares Orden h 5 7 11 13 17 19 23 25 >25

Armónicos de voltaje %

Armónicos impares múltiplos de 3 Orden h Armónicos de voltaje % 3 5 9 1.5 15 0.3 21 0.2 >21 0.2

Armónicos pares Orden h

6 2 5 4 3.5 6 3 8 2 10 1.5 12 1.5 >12 1.5 0.2+1.3*(25/h) NOTA: Distorsión Armónica Total (THD): 8%

Armónicos de voltaje % 2 1 0.5 0.5 0.5 0.2 0.2

Estándar EN 50160 Estándar europeo que establece los límites de distorsión de armónicos de voltaje y son en su mayoría los mismos valores del estándar IEC 61000-3-6. Tabla 2.5.  2.5.  Niveles de compatibilidad para voltajes armónicos, en porcentaje del voltaje nominal. EN 50160. Armónicas Impares Orden h 5 7 11 13 17 19 23 25

Armónicas impares múltiplos de 3 Orden h Armónica de voltaje (%) 3 5 9 1.5 15 0.5 21 0.5

Armónicas pares

Armónica Orden h de voltaje (%) 6 2 5 4 6…24  3.5 3 2 1.5 1.5 1.5 NOTA: Distorsión Armónica Total (THD): 8%

18

Armónica de voltaje (%) 2 1 0.5

Norma IEEE Estándar 519-2014 Tabla 2.6. Límites de distorsión armónica de voltaje. Voltaje (V)

Armónico individual (%)

V ≤1.0 kV 1 kV
5.0 3.0 1.5 1.0

161 kV< V

Distorsión armónica total THD (%) 8.0 5.0 2.5 1.5

Especificación CFE L0000-45 El contenido armónico de la tensión en el punto de acometida para formas de ondas periódicas, debe limitarse de tal modo que los factores de distorsión total y de componente armónico individual máximo de la tensión entre fases y de fase a tierra, no exceda los límites establecidos en la Tabla 2.7. Tabla 2.7. Límites 2.7. Límites máximos de distorsión distorsi ón armónica total en tensiones y de CAIMT en el punto de acometida. Tensión kV Menor de 1 De 1 a 35 Mayor de 35

Componente armónico individual máximo de tensión (CAIMT) % 6 5 2

Distorsión armónica total de tensión (DATT) % 8 6.5 3

Límites de armónicos de corriente Establece los límites de distorsión armónica que los usuarios pueden inyectar a la red. Estándar IEEE 519-2014 Establece los límites de distorsión armónica de corriente, tomando en cuenta la relación de la máxima corriente de cortocircuito y la corriente promedio de carga máxima (a frecuencia fundamental) en el punto de suministro o punto de acoplamiento común del sistema de distribución.

19

Tabla 2.8. Límites 2.8. Límites de distorsión de corriente para sistemas de 120 V a 69 kV. Máxima corriente armónica de distorsión en porcentaje de IL Orden armónico individual (armónicos impares) a,b I SC   /I L SC 

3 ≤h<11

11≤h<17 

17≤h<23

23≤h<35 

35≤h≤50  

TDD

c

<20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 >1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 a Los armónicos pares están limitados al 25% de los impares mencionados arriba. b

5.0 8.0 12.0 15.0 20.0

No se permiten distorsiones de corriente resultado de un desplazamiento por CD.

c

 Todos los equipos de generación de potencia están limitados a este valor de distorsión de corriente, sin importar el valor real de la relación I SC/IL.

Donde: ISC = corriente máxima de cortocircuito en el PCC (punto de acoplamiento común). IL  = corriente de carga máxima promedio demandada (componente de frecuencia fundamental) en el PCC bajo condiciones de funcionamiento normales de carga. Especificación CFE L0000-45 Los consumidores deben limitar el contenido armónico que generan en la corriente que demandan según su impedancia relativa y su nivel de tensión, de acuerdo a la Tabla 2.9. Tabla 2.9.  2.9.  Distorsión armónica máxima permitida en corriente para baja, media y alta tensión hasta 69 kV. Impedancia relativa (ICC /IL)

(ICC/IL)<20 20≤(I CC/IL)<50 50≤(I CC/IL)<100 100≤(I CC/IL)<1000 (ICC/IL)≥1000

Componente armónico individual máximo de corriente, para armónicas impares (CAIMC) % 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 h≥35 h<11 4 7 10 12 15

2 3 4 5 7

1.5 2.5 4 5 6

0.6 1 1.5 2 2.5

0.3 0.5 0.7 1 1.4

Distorsión armónica total de demanda (DATD) % 5 8 12 15 20

1) En el caso de armónicas pares los límites se reducen al 25% de los correspondientes a armónicas impares 2) Los límites mostrados en la Tabla 2.9 deben ser utilizados como el caso más desfavorable de operación normal. Para arranque de hornos eléctricos de arco, que toman un tiempo máximo de un minuto, se permite exceder los límites de la tabla en 50%. 20

3) En ningún caso se permiten corrientes de carga con componentes de corriente directa. 3. Interarmónicos Se llaman interarmónicos a las tensiones o corrientes con componentes de frecuencia que no son múltiplos enteros de la frecuencia a la cual trabaja el sistema. Causan efectos de calentamientos similares a los producidos por los armónicos. Debido a que los interarmónicos son fuentes de fluctuaciones de tensión, se presenta alto riesgo de la generación de flicker. Los interarmónicos se pueden encontrar en redes de todas las clases de tensiones. Las principales fuentes de interarmónicos son los convertidores estáticos de frecuencia, los cicloconvertidores, los motores asincrónicos y los dispositivos de arco. La mitigación de los efectos de los interarmónicos se realiza con base de filtros pasivos. Normatividad aplicable Estándar IEEE 519-2014 Tabla 2.10. Límites de interarmónicos de voltaje para menos de 1 kVA. Frecuencia (Hz) 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Magnitud (%) 5.00 4.50 3.90 3.45 3.00 2.77 2.53 2.30 2.15 2.03 1.90

Frecuencia (Hz) 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Magnitud (%) 1.78 1.64 1.54 1.43 1.33 1.26 1.20 1.13 2.05 0.95 0.85

Frecuencia (Hz) 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Magnitud (%) 0.81 0.78 0.71 0.64 0.57 0.50 0.48 0.43 0.38 0.34 0.31

Frecuencia (Hz) 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

Magnitud (%) 0.28 0.25 0.23 0.25 0.27 0.29 0.35 0.40 0.58 0.77 0.95

a

 Los valores de frecuencia entre 60-120 Hz son idénticos a aquellos proporcionados en la tabla sólo que la frecuencia de interés debe ser restada de 120 Hz antes de leer su valor correspondiente. Por ejemplo el valor límite para el voltaje interarmónico de 61 Hz es igual al proporcionado en la tabla para 120-61=59 Hz, que es 0.95%. 4. Notching (hendiduras o muescas muescas de tensión)

Son perturbaciones periódicas en la forma de onda de tensión, causadas por la operación normal de los dispositivos de electrónica de potencia, cuando la corriente es conmutada de una fase a otra. Como ocurren continuamente, son caracterizadas por el espectro armónico de la tensión afectada. 21

Generalmente son tratadas como un caso especial ya que los componentes de frecuencia asociados a ellas pueden ser tan altos que no son fácilmente detectados por los equipos de medición normalmente utilizados para el análisis armónico. Las muescas de tensión causan fallas en los ordenadores, impresoras láser y mal funcionamiento de algunos equipos electrónicos. La eliminación de las muescas de tensión implica el aislamiento de los equipos sensibles y de la fuente que las está produciendo. La inserción de reactancias inductivas también puede servir como solución, para mitigar el efecto de las muescas.

Voltaje (V)

Tiempo (S)

Figura 2.10. 2.10. Muescas de tensión causadas por un convertidor trifásico. Normatividad aplicable Especificación CFE L0000-45 Las perturbaciones más importantes son las producidas por los pulsos de conmutación del equipo electrónico de potencia, cuya área de conmutación debe limitarse a 50 pu- μs y referida a un pulso y no a la totalidad de pulsos en un ciclo de 60 Hz. La profundidad máxima del pulso debe ser del 20%, referida al valor instantáneo que tendría la tensión de 60 Hz en el punto medio del pulso. 5. Ruido El ruido es definido como una señal eléctrica indeseada con contenido espectral de banda amplia menor de 200 kHz, superpuesta a la tensión o corriente de los conductores de fase, conductores de neutro o conductores de señal. Los ruidos en un sistema de potencia pueden ser causados por equipos electrónicos de potencia, circuitos de control, equipos de arco, cargas con rectificadores de estado sólido y maniobras del sistema. Los problemas de ruido son muy molestos pues interfieren los sistemas electrónicos o de comunicación cuando existen puestas a tierra inadecuadas que fallan en aislar el ruido producido por el sistema de potencia.

22

Básicamente, el ruido es cualquier distorsión indeseada de la señal de potencia que no puede ser clasificada como distorsión armónica o transitoria. El ruido perturba a los equipos electrónicos tales como microcomputadores y controladores programables. El problema puede ser mitigado usando filtros o transformadores de aislamiento.

Voltaje

Tiempo

Figura 2.11. Onda 2.11. Onda de tensión con ruido.

2.3.3 Fluctuaciones de voltaje (flicker) Las fluctuaciones de tensión son variaciones sistemáticas del envolvente de la tensión o una serie de cambios aleatorios de la tensión cuya magnitud no excede normalmente los rangos de tensión especificados por la norma ANSI C84.1. Las cargas que muestran variaciones rápidas y continuas de la magnitud de la corriente pueden causar variaciones de tensión que son frecuentemente denominadas “flicker”. El término flicker se deriva del impacto de las fluctuaciones de tensión en las lámparas al ser percibidas por el ojo humano como titilaciones. Una de las causas más comunes de las fluctuaciones de tensión en los sistemas de transmisión y distribución son los hornos de arco. En otros sistemas más débiles las fluctuaciones se pueden deber a la presencia de equipos de soldadura por arco y cargas similares. La señal de flicker se define por su magnitud RMS expresada como por ciento de la tensión nominal. Típicamente magnitudes tan bajas como 0.5% de la tensión del sistema pueden producir un titileo perceptible en las lámparas si la frecuencia está en el rango de 6 a 8 Hz.

23

Voltaje (pu)

Tiempo (mS)

Figura 2.12. Fluctuaciones de voltaje causadas por la operación de un horno de arco eléctrico. Hay dos índices básicos que se emplean para evaluar la severidad del flicker: 



Pst. Pst. Evalúa la severidad del flicker a corto plazo, con intervalos de observación de 10 minutos. El valor del Pst se expresa en unidades de perceptibilidad (p.u.). Plt. Plt. Evalúa la severidad del flicker a largo plazo, con intervalos de observación de 2 horas.

Normatividad aplicable Especificación CFE L0000-45 El número de variaciones por minuto, en acometidas de baja, media y alta tensión en estado estacionario, debe limitarse de acuerdo a la Tabla 2.11. Tabla 2.11. Límites 2.11. Límites de variaciones de tensión. Indicador Pst Plt Dt Dc dmax

Límite ≤1 ≤0.65 ≤3.3% Durante el camb io de tensión para más de 500 ms ≤3.3% ≤4% Sin condiciones adicionales. ≤6% Para equipo que es conmutado manualmente o con una frecuencia

mayor a 2 veces por día y también con arranque retardado de más de 10 s, o arranque manual después de una interrupción en el suministro de energía. ≤7% Para equipo que es conmutado hasta dos veces al día.

NOTAS: 1. Pst y Plt no aplica para cambios de tensión por conmutación manual que ocurre una vez cada día y los límites dt, dc y dmax deben aplicarse con las tensiones previas multiplicadas por el factor 1.33. 24

2. Los límites no aplican a conmutaciones por interrupciones de emergencia. EN 50160 En condiciones normales de operación, para cada periodo de una semana, el nivel de severidad de corta duración duración del flicker Pst debido a las fluctuaciones fluctuacio nes de tensión debería ser menor o igual a 1 durante el 95% del tiempo y el nivel de severidad de larga duración del flicker Plt menor o igual a 0.8 durante 100% del tiempo.

2.3.4 Desbalance El desequilibrio de tensiones en un sistema eléctrico ocurre cuando las tensiones entre las tres líneas no son iguales y puede ser definido como la diferencia entre el valor máximo y mimo de las tensiones de línea, dividida entre su promedio, expresado en porcentaje.

 DTD(%) 

3(V MAX

 V MIN  )

V A  VB  V C 

100%  

(2.18)

Donde:  DTD(%)

V  MAX  V  MIN  V A VB V C  ,

,

Porcentaje de desbalance de tensión por parte del distribuidor. distribuidor . Tensión máxima de cualquiera de las fases, registrada en el intervalo de medición. Tensión mínima de cualquiera de las fases, registrada en el intervalo de medición. Tensión de las fases A, B y C, registradas en el intervalo de medición.

El desbalance también puede ser definido usando componentes simétricas como la relación de la componente de secuencia cero o la componente de secuencia negativa entre la componente de secuencia positiva, expresada en porcentaje.  Desbalance nce % Desbala

V neg  



V  pos

100%  

(2.19)

También se puede calcular el desbalance con el siguiente método alternativo:

% Desba  Desbalan lance ce 

25

1

3  6 

1

3  6  

100%

 

(2.20)

En que:    

V AB

( V AB

4 2

 

VBC

VBC

4 2

 

V CA

V CA

4

2 2

)

 

(2.21)

Las fuentes más comunes del desequilibrio de tensiones son las cargas monofásicas conectadas en circuitos trifásicos, los transformadores conectados en delta abierto, fallas de aislamiento en conductores no detectadas. Normatividad aplicable Especificación CFE L0000-45 Los límites de desbalance de tensión y corriente, tanto de secuencia negativa como de secuencia cero en estado estacionario y por un lapso de 10 minutos o más se muestran en las Tablas 2.12 y 2.13 respectivamente. Tabla 2.12. Desbalance 2.12. Desbalance máximo permitido en la tensión en el punto de acometida. Tensión kV Menor de 1 Mayor o igual de 1

Desbalance % 3 2

Tabla 2.13. Desbalance máximo permitido en la corriente en el punto de acometida. Impedancia relativa (ICC /IL) (ICC/IL)<20 20≤(ICC/IL)<50 50≤(ICC/IL)<100 100≤(I CC/IL)<1000 (ICC/IL)≥1000

Desbalance % De 1 kV a 35 kV 2.5 4 6 7.5 10

Menor a 1 kV 5 8 12 15 20

Mayor a 35 kV 2.5 3 3.75 4 5

EN 50160 En BT y MT hasta 2% durante el 95% de la semana, media de valores eficaces medidos en periodos de 10 minutos, hasta el 3% en algunos lugares.

26

2.4 Perturbaciones 2.4.1 Variaciones RMS de corta duración Depresiones Las depresiones (Sag o Dip), también conocidas como valles o huecos consisten en una reducción entre 0.1 y 0.9 pu en el valor RMS de la tensión o corriente con una duración de 0.5 ciclo a un minuto. Las depresiones de tensión son normalmente asociadas a fallas del sistema, a la energización de grandes cargas, al arranque de motores de elevada potencia y a la energización de transformadores de potencia. Los efectos nocivos de las depresiones de tensión dependen de su duración y de su profundidad, estando relacionados con la desconexión de equipos de cómputo, PLC y contactores entre otros dispositivos. También presenta efectos sobre la velocidad de los motores. Existen diferentes opciones para mitigar los efectos de los sags. La primera consiste en estabilizar la señal de tensión a través de acondicionadores de red, los cuales existen con diferentes principios y tecnologías.

Figura 2.13. Depresión 2.13. Depresión de tensión.

27

Crestas Una cresta (Swell) se define como un incremento del valor RMS de la tensión o la corriente entre 1.1 y 1.8 pu con una duración desde 0.5 ciclo a un minuto. Como en el caso de las depresiones, las crestas son asociadas a fallas en el sistema aunque no son tan comunes como las depresiones. Un caso típico es la elevación temporal de la tensión en las fases no falladas durante una falla línea a tierra. También pueden ser causadas por la desconexión de grandes cargas o la energización de grandes bancos de capacitores.

Figura 2.14. Cresta de tensión. Interrupciones Una interrupción ocurre cuando la tensión o la corriente de la carga disminuyen a menos de 0.1 pu durante un período de tiempo que no excede un minuto. Las interrupciones pueden ser el resultado de fallas en el sistema, equipos averiados o debidas al mal funcionamiento de los sistemas de control. Se caracterizan por su duración ya que la magnitud de la tensión es siempre inferior al 10% de su valor nominal. El recierre instantáneo generalmente limita la interrupción causada por una falla no permanente a menos de 30 ciclos. La duración de una interrupción motivada por el funcionamiento indebido de equipos o pérdidas de conexión es irregular.

28

Figura 2.15. Interrupción 2.15. Interrupción momentánea debida a una falla y operación subsecuente de recierre. Normatividad aplicable para huecos en la tensión suministrada EN 50160 La mayoría: duración <1 seg., caída <60% Caídas locales limitadas causadas por una carga al conectarse: BT: 10 - 50%, MT: 10  – 50%. Variaciones rápidas de voltaje: se consideran eventos de preocupación para voltaje RMS ≤ 1 kV las variaciones de ±5% a ±10%.

Depresiones de voltaje: es una condición en que el voltaje se reduce de 90% a 1% de su valor nominal. Los eventos entre 90% y 60% del voltaje nominal son considerados de preocupación. Los eventos entre 60% y 1% del voltaje nominal son considerados severos. Hasta 1000 eventos al año se considera una condición normal. EN 61000-6-1, 6-2 Hasta 30% durante 10 ms. Hasta 60% durante 100 ms. Hasta 60% durante 1000 ms.

29

2.4.2 Transitorios Transitorio impulsivo Es un cambio súbito y unidireccional (positivo o negativo) en la condición de estado estable de la tensión, la corriente (o ambos) y de frecuencia diferente a la frecuencia del sistema de potencia. Son de moderada y elevada magnitud pero de corta duración medida en microsegundos. Normalmente están caracterizados por sus tiempos de ascenso (1 a 10 μs) y descenso (20 a 150 μs) y por su contenido espectral.

Figura 2.16. Transitorio 2.16. Transitorio impulsivo positivo. Transitorio oscilatorio Es un cambio repentino en la condición de estado estable de la tensión, la corriente o ambos, con polaridades positivas y negativas y de frecuencia diferente a la frecuencia de operación del sistema. Este tipo de transitorio se describe por su contenido espectral, duración y magnitud. Por su frecuencia se clasifican en: transitorios de alta, media y baja frecuencia. 





Los transitorios transitori os oscilatorios con una frecuencia mayor de 500 kHz y una duración típica medida en microsegundos (o varios ciclos de la frecuencia fundamental) son considerados transitorios oscilatorios de alta frecuencia. Cuando la frecuencia se encuentra entre 5 y 500 kHz se considera un transitorio transito rio de frecuencia media. Un transitorio con una frecuencia inferior inferio r a 5 kHz, y una duración de 0.3 ms a 50 ms, se considera un transitorio de baja frecuencia.

30

Corriente (A)

Tiempo (mS)

Figura 2.17. Transitorio 2.17. Transitorio oscilatorio de corriente ocasionada por conmutación consecutiva de capacitores. Sucede en los niveles de subtransmisión y distribución y en los sistemas industriales y es causado por diversos tipos de eventos. El más frecuente es la energización de bancos de capacitores que hacen oscilar la tensión con una frecuencia primaria entre 300 y 900 Hz. La magnitud pico observada normalmente es de 1.3 -1.5 pu con una duración entre 0.5 y 3 ciclos dependiendo del amortiguamiento del sistema.

Figura 2.18. Transitorio 2.18. Transitorio oscilatorio de baja frecuencia.

31

Tipos de transitorios de voltaje Transitorios de conmutación: conmutación: Son generados por la conmutación de equipos en la red de distribución y por las instalaciones del mismo usuario (por ejemplo el encendido y apagado del aire acondicionado, switcheo de bancos de capacitores, o por el despeje de una falla algunas veces dentro del mismo equipo electrónico). En estos casos, el transitorio de tensión se debe al rápido cambio a través de la inductancia del cableado, las magnitudes de estos transitorios pueden ser muy altas. Transitorios por descargas atmosféricas: atmosféricas: Son causados por las condiciones geográficas y meteorológicas locales. Las descargas atmosféricas producen salidas o caídas momentáneas de tensión debido a fallas línea-línea o línea tierra. Los transitorios por descargas atmosféricas en el sistema de baja tensión pueden ocurrir por descarga directa a los circuitos secundarios o por descargas en el circuito primario y que pasan a través del transformador de distribución.

Figura 2.19. Propagación 2.19. Propagación de una descarga atmosférica al sistema de distribución. Los transitorios vistos por el equipo electrónico pueden ser la causa de pérdidas de datos, falsos disparos y fallas de equipo. Los transitorios reducen la vida media de los equipos y pueden causar daños irreparables al quemar componentes electrónicos en los equipos conectados en el momento en que se presentan. Normatividad aplicable Norma IEEE Estándar C62.41.2-2002 Se trata de un estándar sobre prácticas recomendadas para la caracterización de transitorios de voltaje en circuitos de potencia de corriente alterna de bajo voltaje por medio de formas de onda normalizadas y otros parámetros.

32

2.4.3 Variaciones de frecuencia La variación de frecuencia (Figura 2.20) es muy poco común en sistemas estables de la red eléctrica, especialmente sistemas interconectados a través de una red. Cuando los sitios poseen generadores dedicados de reserva o una infraestructura pobre de alimentación, la variación de la frecuencia es más común, especialmente si el generador se encuentra muy cargado. Los equipos informáticos suelen ser tolerantes, y generalmente no se ven afectados por corrimientos menores en la frecuencia del generador local. Lo que se vería afectado sería cualquier dispositivo con motor o dispositivo sensible que dependa del ciclado regular estable de la alimentación a lo largo del tiempo. Las variaciones de frecuencia pueden lograr que un motor funcione más rápido o más lento para equiparar la frecuencia de la alimentación de entrada. Esto haría que el motor funcione ineficazmente y/o provocaría más calor y degradación del motor a través de una mayor velocidad del motor y/o consumo adicional de corriente.

Figura 2.20. 2.20. Variaciones de frecuencia. Las consecuencias más importantes de la variación de frecuencia se dan en industrias donde exista cogeneración acoplada a la red, donde el generador propio seguirá las variaciones impuestas por el sistema eléctrico, generalmente mucho más potente. Normatividad aplicable NOM-001-SEDE-2012 En la sección 4.2.2.3 sobre valores y tolerancias se establece que la frecuencia eléctrica en México debe ser de 60 Hz con una tolerancia de ± 0.8 por ciento. Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica En el punto II del Artículo 18, contenido en el Capítulo V (Del suministro y la venta de energía eléctrica) de este Reglamento se afirma lo siguiente: Que la frecuencia sea de 60 Hertz, con una tolerancia de 0.8 por ciento en más o menos.

33

EN 50160 BT, MT: valor medio de la fundamental medida a lo largo de 10 segundos. ±1% (59.4 - 60.6 Hz) durante el 95% de la semana. -6% / 4% (56.4% - 62.4 Hz) durante el 100% de la semana

2.5 Factor de potencia y factor de potencia con distorsión armónica Potencia fundamental y armónica Para definir la relación de potencias en sistemas eléctricos se utiliza ampliamente la relación: S



P  jQ  

(2.22)

S: Potencia aparente. P: Potencia activa: Q: Potencia reactiva. Su representación fasorial es el triángulo de potencias y muestra que P se ubica en el eje real, mientras Q está en el imaginario, estando ambos en cuadratura y S es la resultante:

Figura 2.21. Triángulo 2.21. Triángulo de potencias. Con esta expresión pero utilizando las energías medidas, los suministradores de electricidad en México, calculan el factor de potencia para efectos de facturación. Estos conceptos son válidos mientras el sistema sea lineal, es decir no exista distorsión armónica. Las cargas no lineales son las que generan la distorsión armónica en corriente, que al fluir por el cableado y el transformador de distribución, producen la distorsión de voltaje. Para aquellos sistemas en los que la distorsión de voltaje es nula o mínima y existe distorsión armónica en corriente, se utiliza la pirámide de potencia para considerar tanto los valores fundamentales como los armónicos. 34

Figura 2.22. Pirámide 2.22. Pirámide de potencias. Para poder aplicarlo correctamente, se revisarán los conceptos relacionados. Las expresiones aplican cuando el voltaje es sinusoidal y la corriente está distorsionada: Potencia aparente: S

2

 VI RMS V  RMS

I1



2

I2

 ...

2

I n   

(2.23)

Potencia eficaz:  P



P1



VI 1 cos( 1 )

 

(2.24)

Potencia reactiva: Q



Q1



S2

P 2  

(2.25)

VI 1 sin( in( 1 )

(2.26)



Potencia reactiva fundamental:  

Potencia distorsionante:  D

V

2

I1



35

2

I2

 ... 

2

I n

 

(2.27)

Factor de potencia fundamental:  FP  1

 P  



S 1

cos( 1 )

 

(2.28)

Factor de potencia:  FP 



cos( ) co cos(1 ) 



cos( )

P  

S   

(2.29)

Relación entre Potencias: S2



P2  Q2  

(2.30)

S12



P2  Q12  

(2.31)

Q2



Q12  D2  

(2.32)



S1

P2



S

S2

2



2



D

2

 

Q12  D2  

(2.33) (2.34)

Normatividad aplicable Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica En el Artículo 64, contenido en el Capítulo VII (De las Instalaciones Destinadas al Uso de Energía Eléctrica) de este Reglamento se afirma lo siguiente: Para los suministros en que intervenga el factor de potencia, el usuario conservará éste en la operación de su instalación entre noventa centésimos atrasados y uno, de acuerdo con las Disposiciones complementarias a las tarifas para suministro y venta de energía eléctrica.

36

2.6 Termografía infrarroja de la instalación eléctrica La termografía es una manera de detectar el fallo de un sistema a través de su temperatura superficial, a distancia y sin ningún contacto y es principalmente usada en el mantenimiento de equipos eléctricos. Las cámaras infrarrojas utilizan detectores que miden la radiación emitida por un objeto y a través de procesamiento electrónico generan una imagen que representa y visualiza el patrón térmico de la superficie que es objeto de estudio, permitiendo medir el calor producido por los objetos y determinar la temperatura de la superficie a distancia. Con la implantación de un programa de inspección termográfica es posible minimizar el riesgo de falla de equipos y sus consecuencias. Se debe revisar con la cámara de infrarrojos los cuadros eléctricos sin cubiertas con al menos un 40% de carga máxima. Malos contactos Una conexión suelta o corroída hace que la resistencia de la corriente sea mayor, ya que aumenta la temperatura debido al efecto Joule que puede provocar, de no solucionarse a tiempo puede presentarse un cortocircuito. Sobrecargas, desequilibrios y armónicos Una sobrecarga sucede cuando los conductores transportan más corriente de la normal, haciendo que estos se calienten. El desequilibrio se produce cuando no hay un buen reparto de las cargas sobre las fases, por lo que una de ellas transportará más corriente, sobrecargando el neutro. Los armónicos de corriente generan un sobrecalentamiento en los conductores que pueden afectar a las tres fases o solo al neutro. La única manera de distinguir entre estos tres problemas es haciendo una medida complementaria con un analizador de redes eléctricas para determinar la naturaleza del problema y poder solucionarlo. Normatividad aplicable International Electrical Testing Asociation (NETA)  (NETA)  considera que deben tomarse medidas correctivas cuando la diferencia de temperatura entre componentes eléctricos bajo cargas similares supere los 15ºC o cuando la diferencia entre las temperaturas de un elemento eléctrico y del aire del entorno superen los 40ºC.

37

2.7 Resumen de normas Tabla 2.14. Resumen de cada norma estudiada. Aplicación

Norma EN 50160

Frecuencia

Descripción [-1%,1%] durante 95% de la semana. [-6%,4%] durante 100% del tiempo.

NOM-001-SEDE-2012 Reglamento de la Ley del [-0.8%,0.8%] Servicio Público de Energía Eléctrica [-10%,10%] durante 95% de la EN 50160 semana. NOM-001-SEDE-2012 Variaciones de voltaje Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía [-10%,10%] Eléctrica  ANSI C84.1-2011 10 a 1000 veces por año (85% Sags de voltaje (≤1  min.) del voltaje nominal) 10 a 100 veces por año Interrupciones breves EN 50160 (menor a 1% del voltaje (≤3 min.) nominal) 10 a 50 veces por año (menor Interrupciones largas (>3 min.) a 1% del voltaje nominal) Pst ≤1 durante 95% de la semana. EN 50160 Plt ≤0.8 durante 100% del Flicker tiempo. CFE L0000-45

Pst ≤1 Plt ≤0.65

En BT y MT 2% durante 95% de la semana. Desbalance de voltaje CFE L0000-45 Para V <1 kV, 3% Depende del nivel de tensión e Desbalance de corrientes CFE L0000-45 impedancia relativa del sistema. Reglamento de la Ley del Promedio trifásico durante el Factor de potencia Servicio Público de Energía periodo de medición: Eléctrica [0.9, 1] EN 50160 Distorsión armónica total de IEC 61000-3-6 Para V <1 kV, 8% voltaje CFE L0000-45 IEEE 519-2014 Distorsión armónica total de CFE L0000-45 Depende de la impedancia demanda de corriente relativa del sistema. IEEE 519-2014  ΔT<15°C entre elementos con carga similar. Temperatura de la instalación NETA EN 50160

 ΔT<40°C entre un elemento y

el aire.

38

CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA Y DEL ANALIZADOR DE REDES AEMC 3945-B

3.1 Instalación eléctrica del TAMULBA 3.1.1 Descripción La instalación eléctrica del edificio empieza a partir de la acometida que proviene de la red de distribución y termina en una de las muchas líneas que alimentan cualquier dispositivo eléctrico del edificio. Esta instalación está formada por los siguientes tramos y dispositivos: 

Línea de enlace o línea general de alimentación

  Acometida













Medidor de energía eléctrica Caja general de protección (interruptor general de maniobra, fusibles de seguridad) Toma de tierra Dispositivos generales de mando y protección (interruptores de seguridad, tableros de distribución e interruptores termomagnéticos) Circuitos o líneas que alimentan los equipos eléctricos (cajas, canalizaciones, registros, conductores, apagadores, tomacorrientes monofásicos y trifásicos) trifásicos )

3.1.2 Tensión de servicio La energía eléctrica se toma de la red de distribución de baja tensión que la Comisión Federal de Electricidad posee en la zona, siendo la tensión existente de 220/127 V. entre fases y fase-neutro respectivamente suministrado a través de un sistema de 3 F  – 4 H.

3.1.3 Cargas conectadas 

Motores eléctricos

  Fresadoras



  Tornos



  Luminarias





Aparatos electrónicos electrónic os 39



Equipo de soldadura



Sistema de alarma

3.1.4 Circuitos instalados

Figura 3.1. Diagrama 3.1. Diagrama unifilar del TAMULBA. 40

3.1.5 Corriente de cortocircuito Para el voltaje de línea de 23 kV las corrientes de cortocircuito monofásica y trifásica son las siguientes:  I SC 

1 

 I SC 

3 

  2842 A  

(3.1)

  3230 A  

(3.2)









Para el voltaje de línea de 220 V las corrientes de cortocircuito monofásica y trifásica son las siguientes:  I SC 

1 

 I SC 

3 

  2200 A  

(3.3)

  2500 A  

(3.4)









3.1.6 Corriente de carga Basado en las mediciones realizadas con el analizador se determinó que las corrientes de carga monofásicas promedio de demanda máxima (componente de frecuencia fundamental) en el PCC durante el periodo de monitoreo fueron:  I L  I L



1  2



 I L

  100.5 A  

(3.5)

  116.5 A  

(3.6)

  61.6 A  

(3.7)



1  1







1  3







Si se considera la corriente trifásica de carga como la suma de las tres corrientes máximas promedio presentadas en cada fase ((3.5), (3.6), (3.7)), entonces:  I L

3 



  278.6 A   

(3.8)

3.1.7 Impedancia relativa En la fase 1, la relación entre (3.3) y (3.5) es la siguiente:  I SC  1  

 I  L

1  1





41



21.89  

(3.9)

En la fase 2, la relación entre (3.3) y (3.6) es la siguiente:  I SC 

1 



 I  L



18.88  

(3.10)

1  2





En la fase 3, la relación entre (3.3) y (3.7) es la siguiente:  I SC 

1 



 I  L



35.71  

(3.11)

1  3





Los valores de estos índices se utilizarán para la evaluación de armónicos individuales de corriente. Para las tres fases, la relación entre (3.4) y (3.8) es la siguiente:  I SC  3  

 I  L



8.97  

(3.12)

3 



El valor de este índice se utilizará para la evaluación de desbalance de corriente.

3.2 Analizador de redes AEMC 3945-B 3.2.1 Función de un analizador de redes Un Analizador de Redes es un instrumento capaz de analizar las propiedades de las redes eléctricas. Están diseñados para ser instalados de forma sencilla en cualquier instalación y para que su uso sea totalmente adaptable a cualquier tipo de medida requerida. Disponen de una memoria interna donde se almacenan todos los parámetros deseados que le sean programados. Un mismo analizador puede contener varios software, cuyas aplicaciones están destinadas a distintos tipos de análisis. Existe una gran variedad de analizadores los cuales exportan o muestran los parámetros eléctricos directa o indirectamente a través del display y transmiten por comunicaciones todas las magnitudes eléctricas medidas y/o calculadas.  Algunos analizadores analizadores son expandibles expandibles o modulares, pudiendo dotarlos de funciones adicionales asociables a cualquier parámetro eléctrico medido o calculado.

42

3.2.2 Ventajas de usar el analizador de redes 1. Ahorro: 



Detección y prevención de exceso de consumo Análisis de curvas de carga para determinar dónde se produce la máxima demanda de energía



Detección de necesidad de instalar un banco de capacitores



Detección de fraude en los contadores de energía.

2. Prevención: 

Su uso es ideal para realizar mantenimiento periódico del estado de la red eléctrica, tanto en baja como en media tensión, ver curvas de arranque de motores, detectar posibles saturaciones del transformador de potencia, cortes de alimentación, deficiente calidad del suministro eléctrico, etc.

3. Solución: 

Permite analizar en qué parte de la red eléctrica se tiene un problema, problema , permite solucionar problemas de disparos intempestivos, fugas diferenciales, calentamiento de cables, resonancias, armónicos, perturbaciones, flicker, desequilibrios de fases, etc. También permite diseñar los tamaños adecuados para los filtros activos o pasivos de armónicos y filtros para variadores de velocidad, etc.

3.2.3 Características y aplicaciones del analizador de redes AEMC 3945-B       

    

 

Mediciones de RMS verdadero mono-, di- y trifásicas a 256 muestras/ciclo muestras/ci clo Formas de onda en color en tiempo real Ajustes en pantalla, fáciles de usar Reconocimiento Reconocimient o del sensor de corriente y ajuste de escala automáticos Mediciones RMS verdaderas de voltaje y corriente Mide volts, amperes y potencia CD Presenta y captura armónicos de voltaje, corriente y potencia (distorsión (distors ión armónica total e individual) hasta el orden 50 (incluyendo dirección) en tiempo real para determinar problemas de armónicos originados en la fuente o en la carga. Captura transitorios transitori os de hasta 1/256 de ciclo Presentación de diagramas fasoriales Voltaje y corriente de pico Frecuencia nominal de 40 a 70 Hz Medición y registro de la calidad de los sistemas de potencia (VA, VAR y W) por fase y totales Medición de energía (kVAh, VARh y kWh) por fase y totales Presentación de corriente neutra para sistemas trifásicos trifási cos 43

        

 

 



Factores de cresta para corriente y voltaje Determinación Determinaci ón y presentación de factor K de transformador Presentación de Factor de Potencia, FP de desplazamiento Captura hasta 50 transitorios transitori os Presentación de fluctuaciones de corta duración Monitoreo de desbalances de fases (corriente y voltaje) Alarmas, golpes y caídas de voltaje Registra fecha y características característica s de las perturbaciones Función foto instantánea de la pantalla, captura formas de onda u otra información en pantalla Puerto de comunicación RS-232 ópticamente aislado Software DataView para el almacenamiento almacenamient o de datos, muestra en tiempo real, análisis y generación de informe Verificación Verificaci ón de circuitos de distribución distribuci ón de energía eléctrica eléctric a Detección de fallas, en planta, de los paneles de distribución distribuc ión y maquinarias individuales Monitoreo de transformadores transformadore s montados sobre base de concreto.

Figura 3.2. Partes 3.2. Partes del analizador AEMC 3945-B.

44

3.2.4 Parámetros del analizador de redes AEMC 3945-B El analizador de redes AEMC 3945-B mide los siguientes parámetros: Tabla 3.1. Parámetros 3.1. Parámetros de medición y monitoreo del analizador de redes AEMC 3945-B. Medición Vrms Urms  Arms VPST Vflk Vcf Ucf  Acf Vunb  Aunb Hz  Akf Vthd Uthd  Athd W VA VAR DC 3U 3V 3A 4A L1 L2 L3 PF DPF Tan KF Vh  Ah DF Wh VARh Vah

Descripción Voltaje de fase RMS Voltaje de línea RMS Corriente RMS RMS por fase Flicker de voltaje de corta duración Flicker de voltaje Factor de cresta del voltaje de fase Factor de cresta del voltaje de línea Factor de cresta cresta de la corriente Desbalance de voltaje Desbalance Desbalance de corriente corriente Frecuencia Factor K de la corriente Distorsión Distorsi ón armónica total del voltaje de fase Distorsión Distorsi ón armónica total del voltaje de línea Distorsión armónica armónica total total de la corriente corriente Potencia real Potencia aparente Potencia reactiva Cantidad de voltaje y corriente continua presente Muestra los tres voltajes de línea Muestra los tres voltajes de fase Muestra las corrientes en las 3 fases Muestra las corrientes en las tres fases y la corriente en el neutro Muestra el voltaje y la corriente en la fase 1 Muestra el voltaje y la corriente en la fase 2 Muestra el voltaje y la corriente en la fase 3 Factor de potencia Factor de potencia con distorsión armónica Tangente para VA≥50VA Factor K Armónicos de voltaje Armónicos de de corriente Factor de distorsión Energía activa Energía reactiva Energía aparente

45

3.2.5 Modo transitorio Los transitorios se muestran con formas de onda y se tiene una memoria para almacenar hasta 50 eventos transitorios, que incluyen la forma previa al transitorio de la onda, el evento transitorio en cuestión y la forma de la onda cuando este ha ocurrido. Los eventos transitorios se detectan al comparar 256 muestras del ciclo actual con sus contrapartes del ciclo anterior para cada canal activo de entrada. Para que sea capturado y almacenado, debe de tener una variación porcentual definida por el usuario respecto al ciclo anterior, sea de 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 50% o 100% Cuando se captura un evento, se graban cuatro ciclos por cada entrada, que incluyen el ciclo con el disparo, el ciclo previo al disparo y los dos ciclos posteriores. Se capturan todas las entradas activas.

46

CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE MEDICIONES DE LA RED ELÉCTRICA

DEL TAMULBA 4.1 Programación de la medición de los parámetros eléctricos 4.1.1 Duración del monitoreo El monitoreo de la red eléctrica del TAMULBA inició a las 09:30 del día 22 de Octubre de 2014 y concluyó el 01 de Noviembre de 2014 a las 10:30. Para la evaluación de los armónicos individuales de corriente y de voltaje el monitoreo se realizó en un solo día, siendo las fechas de inicio y fin los días 03 de Noviembre de 2014 a las 12:00 y 04 de Noviembre de 2014 a las 12:00 respectivamente.

4.1.2 Instalación del equipo La instalación del equipo se realizó en el Centro de Carga del TAMULBA, quedando conectados un sensor de voltaje y un sensor de corriente tipo gancho por cada fase al analizador de redes, como se aprecia en las Figuras 4.1 y 4.2 respectivamente.

Figura 4.1. Conexión 4.1. Conexión de los sensores de voltaje en cada fase y neutro.

47

Figura 4.2. Conexión 4.2. Conexión de los sensores de corriente en cada fase.

Figura 4.3. Analizador 4.3. Analizador de redes conectado a los sensores de voltaje y corriente.

4.1.3 Configuración del instrumento 1. Una vez encendido el aparato por primera vez, debe ser configurado para realizar las mediciones necesarias, primeramente configurándole la fecha y hora actuales. 2. Se procede a configurar el método de cálculo de parámetros, seleccionando si se desea calcularlos con armónicos o sin ellos. Para la medición se seleccionó la opción con armónicos. 3. Se selecciona el tipo de conexión. Para este caso se seleccionó la configuración de 3 Fases, 3 Hilos.

48

Figura 4.4. Tipo 4.4. Tipo de conexión seleccionado. 4. Se selecciona el tipo de sensor de corriente que se utilizará. Para la medición se ocupó el sensor de corriente SR193 tipo gancho.

Figura 4.5. Sensor 4.5. Sensor de corriente SR193. 5. Se selecciona la velocidad de transmisión de datos (Baud Rate). Para la medición se seleccionó 9600. 6. Se seleccionan los parámetros de medición que se desea almacenar en una configuración, configuración , incluyendo los armónicos individuales de corriente y voltaje. Para la configuración de la medición se seleccionó grabar Hz, Vrms, Arms, W, PF, Urms, Vthd, Athd, VAR, DPF, Uthd, Vcf, Acf, VA, Tan, Ucf, Vunb, Aunb, PST, Akf, Vh, Ah y armónicos individuales del 2 al 50. El nombre de configuración usado fue “CONFIG 1”.

Figura 4.6. Ejemplo 4.6. Ejemplo de configuración de perfil de medición. 49

7. Se selecciona la frecuencia del sistema, habiéndose seleccionado 60 Hz para este caso. 8. El modo de grabación permite que todos los parámetros seleccionados en la configuración de medición sean grabados. Es necesario asignar un nombre a la grabación, habiéndose nombrado “AAA”.  Para el periodo se seleccionó la opción 10 min.

Figura 4.7. Ejemplo 4.7. Ejemplo de configuración de perfil para nueva grabación. 9. Para la detección de eventos transitorios, transitorios , se seleccionó un perfil de detección de los mismos con capacidad de 50 eventos transitorios, tomando un umbral de disparo del 20%, que significa que cuando una medición varíe en ese porcentaje respecto a la medición anterior se almacenará el evento. La detección inició a las 09:30 del día 22 de Octubre de 2014 y concluyó el 01 de Noviembre de 2014 a las 10:30, con “AAA” asignado como nombre de sesión.

50

Figura 4.8. Ejemplo 4.8. Ejemplo de configuración de perfil de búsqueda de eventos transitorios.

4.1.4 Software y extracción de datos DataView  A fin de extraer los datos almacenados almacenados del analizador, analizador, es necesario instalar en el ordenador el programa DataView, el cual tiene las siguientes características:       

Configura y muestra todas las pantallas del PowerPad. Visualiza y captura información en tiempo real Recupera datos de la memoria del instrumento Realiza gráficas de la información que ha sido descargada. Presentación de reportes Almacena una biblioteca de configuraciones para diferentes aplicaciones Provee consistencia consistenci a a las pruebas independientemente de quien las realice.

Conexión del analizador con la computadora 1. Se conecta al conector óptico del analizador (localizado en su lado derecho) el cable Cat. #2140.18. 2. Se conecta el conector de de 9 pines a un adaptador Serial-USB. Serial- USB. 3. Se conecta el conector USB a un puerto del mismo tipo disponible en el ordenador en que se ha previamente instalado el software Data View. 4. Se accede al programa PowerPad que ha sido instalado con DataView. 5. La ventana de conexión aparecerá (Figura 4.9).

51

Figura 4.9. Ventana 4.9. Ventana de conexión de PowerPad. 6. Asegurarse de que el puerto de comunicación mostrado en la ventana de conexión corresponda con aquel en que ha sido conectado el instrumento. 7. La velocidad de transmisión debe de coincidir con aquella con la que se configuró el instrumento previamente, para este caso 9600. 8. Una vez que la comunicación se ha establecido, DataView automáticamente identificará al instrumento y aparecerá el Panel de Control que contiene la información grabada e información en tiempo real, así como el tipo de conexión eléctrica y otros parámetros. 9. Para descargar la información almacenada en el instrumento es necesario seleccionar la pestaña “Instrumento ”, después la opción “Descargar datos” y asignar un nombre y una dirección para guardar el archivo generado. Una vez guardado el archivo en el ordenador se podrá acceder fácilmente a los registros grabados en la medición sin necesidad de que esté el instrumento conectado.

52

4.2 Reporte de los datos obtenidos 4.2.1 Resumen de resultados Prueba

Norma*

Resultado

Frecuencia [-1%,1%] Frecuencia [-6%,4%] Frecuencia [-0.8%,0.8%] Variaciones de voltaje de línea en la línea 1 [-10%,10%]

1 1 2,3 1 2, 3, 4 1 2, 3, 4 1 2, 3, 4 1 1 1 1 2, 3, 4 1 2, 3, 4 1 3 1 1 1 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 5 3 3 3 3 1, 6 5, 7 1, 6 5, 7 5, 7 5, 7 5, 7 1, 5, 6, 7 5, 7 5, 7 5, 7

Satisfactorio Satisfactorio 99.86% Satisfactorio 99.86% Satisfactorio 99.86% Satisfactorio 99.93% Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio 99.93% Satisfactorio 99.86% Satisfactorio 100% Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio 99.24% Satisfactorio 99.65 Satisfactorio 99.93% Satisfactorio 100% Fallido 74.36% 6.57% 99.38% Promedio: 0.98 99.24% Promedio: 0.97 80.10% Promedio: 0.92 97.17% Promedio: 0.96 Satisfactorio 100% Satisfactorio 100% 93.16% 83.90% 87.98% Satisfactorio

Variaciones de voltaje de línea en la línea 2 [-10%,10%] Variaciones de voltaje de línea en la línea 3 [-10%,10%] Variaciones de voltaje de línea en la línea 1 [-15%,10%] Variaciones de voltaje de línea en la línea 2 [-15%,10%] Variaciones de voltaje de línea en la línea 3 [-15%,10%] Variaciones de voltaje de fase en la fase 1 [-10%,10%] Variaciones de voltaje de fase en la fase 2 [-10%,10%] Variaciones de voltaje de fase en la fase 3 [-10%,10%] Variaciones de voltaje de fase en la fase 1 [-15%,10%] Variaciones de voltaje de fase en la fase 2 [-15%,10%] Variaciones de voltaje de fase en la fase 3 [-15%,10%] Parpadeo de la fase 1: Pst ≤ 1 Parpadeo de la fase 2: Pst ≤ 1 Parpadeo de la fase 3: Pst ≤ 1 Desbalance de voltajes de línea ≤ 2% Desbalance de voltajes de línea ≤ 3% Desbalance de voltajes de fase ≤ 2% Desbalance de voltajes de fase ≤ 3% Desbalance de corrientes ≤ 5% Factor de potencia en la fase 1 ≥ 0.9 Factor de potencia en la fase 2 ≥ 0.9 Factor de potencia en la fase 3 ≥ 0.9 Factor de potencia promedio ≥ 0.9 Distorsión armónica total de voltajes de línea ≤ 8% Distorsión armónica total de voltajes de fase ≤ 8% Distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 1 ≤ 8% Distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 2 ≤ 5% Distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 3 ≤ 8%  Armónicos individuales individuales 1-25 de voltaje en en las tres fases fases  Armónicos individuales individuales 1-25 de corriente corriente en la fase 1  Armónicos individuales 1-25 de corriente corriente en la fase 2  Armónicos individuales individuales 1-25 de corriente corriente en la fase 3 Eventos transitorios de voltaje y corriente con umbral de 20% *Normas utilizadas para realizar las pruebas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

EN 50160 NOM-001-SEDE-2012 Reglamento de la Ley del Servicio Público Público de Energía Eléctrica ANSI C84.1-2011 CFE L0000-45 IEC 61000-3-6 IEEE 519-2014

53

Satisfactorio Fallido Satisfactorio 27 eventos

4.2.2 Prueba de frecuencia [-1%,1%] 

EN 50160

Cada muestra de frecuencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de frecuencia permitido es [-1%,1%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. Descripción

Valor requerido 60

Resultado

Mínimo permitido (Hz)

59.4

51.79

Máximo permitido (Hz)

60.6

60.08

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Frecuencia mínima (Hz) Frecuencia máxima (Hz) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

5%

0.14% 1447 1445 2 51.79 60.08 99.86% 0.14% Satisfactorio

Frecuencia promedio (Hz)

54

59.99

4.2.3 Prueba de frecuencia [-6%,4%] 

EN 50160

Cada muestra de frecuencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de frecuencia permitido es [-6%,4%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. Descripción

Valor requeri do 60

Resultado

Mínimo permitido (Hz)

56.4

51.79

Máximo permitido (Hz)

62.4

60.08

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Frecuencia mínima (Hz) Frecuencia máxima (Hz) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0%

0.14% 1447 1445 2* 51.79 60.08 99.86% 0.14% Satisfactorio*

Frecuencia promedio (Hz)

59.99

Figura 4.10. Frecuencia. 4.10. Frecuencia. *Las dos muestras fuera del rango de tolerancia corresponden a dos periodos (24/10/2014 a la 1:40 AM y 3:20 PM) en que se presentaron interrupciones del suministro menores a 3 minutos (ver Informe de eventos transitorios) que generaron que el promedio de la frecuencia en dichos puntos varíen drásticamente, sucediendo lo mismo con otros parámetros.

55

4.2.4 Prueba de frecuencia [-0.8%,0.8%]  

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012

Cada muestra de frecuencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de frecuencia permitido es [-0.8%,0.8%]. Descripción

Valor requerido 60

Resultado

Mínimo permitido (Hz)

56.4

51.79

Máximo permitido (Hz)

62.4

60.08

Frecuencia promedio (Hz)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Frecuencia mínima (Hz) Frecuencia máxima (Hz) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

59.99

1447 1445 2 51.79 60.08 99.86% 0.14% 99.86%

56

4.2.5 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 1 [-10%,10%]    

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012 ANSI C84.1-2011 EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-10%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 220

Mínimo permitido (volts)

198

194.60

Máximo permitido (volts)

242

229.30

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

5%

0.14% 1447 1445 2 194.60 229.30 99.86% 0.14% Satisfactorio

Figura 4.11. Voltaje 4.11. Voltaje de línea de la línea 1.

57

226.26

4.2.6 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 2 [-10%,10%]    

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012 ANSI C84.1-2011 EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-10%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 220

Mínimo permitido (volts)

198

195.70

Máximo permitido (volts)

242

229.10

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

5%

0.14% 1447 1445 2 195.70 229.10 99.86% 0.14% Satisfactorio

Figura 4.12. Voltaje 4.12. Voltaje de línea de la línea 2.

58

226.53

4.2.7 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 3 [-10%,10%]    

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012 ANSI C84.1-2011 EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-10%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 220

Mínimo permitido (volts)

198

196.70

Máximo permitido (volts)

242

231.10

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

5%

0.07% 1447 1446 1 196.70 231.10 99.93% 0.07% Satisfactorio

Figura 4.13. Voltaje 4.13. Voltaje de línea de la línea 3.

59

228.60

4.2.8 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 1 [-15%,10%] 

EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-15%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 220

Mínimo permitido (volts)

187

194.60

Máximo permitido (volts)

242

229.30

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0%

0% 1447 1447 0 194.60 229.30 100% 0% Satisfactorio

60

226.26

4.2.9 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 2 [-15%,10%] 

EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-15%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 220

Mínimo permitido (volts)

187

195.70

Máximo permitido (volts)

242

229.10

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0%

0% 1447 1447 0 195.70 229.10 100% 0% Satisfactorio

61

226.53

4.2.10 Prueba de variaciones de voltaje de línea en la línea 3 [-15%,10%] 

EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-15%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 220

Mínimo permitido (volts)

187

196.70

Máximo permitido (volts)

242

231.10

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0%

0% 1447 1447 0 196.70 231.10 100% 0% Satisfactorio

62

228.60

4.2.11 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 1 [-10%,10%]    

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012 ANSI C84.1-2011 EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-10%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 127

Mínimo permitido (volts)

114.3

111.60

Máximo permitido (volts)

139.7

134.50

5%

0.07% 1447 1446 1 111.60 134.50 99.93% 0.07% Satisfactorio

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.14. Voltaje 4.14. Voltaje de fase de la fase 1.

63

131.85

4.2.12 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 2 [-10%,10%]    

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012 ANSI C84.1-2011 EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-10%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 127

Mínimo permitido (volts)

114.3

109.20

Máximo permitido (volts)

139.7

132.20

5%

0.14% 1447 1445 2 109.20 132.20 99.86% 0.14% Satisfactorio

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.15. Voltaje 4.15. Voltaje de fase de la fase 2.

64

128.54

4.2.13 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 3 [-10%,10%]    

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica NOM-001-SEDE-2012 ANSI C84.1-2011 EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-10%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 127

Mínimo permitido (volts)

114.3

114.40

Máximo permitido (volts)

139.7

137.10

5%

0% 1447 1447 0 114.40 137.10 100% 0% Satisfactorio

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.16. Voltaje 4.16. Voltaje de fase de la fase 3.

65

133.03

4.2.14 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 1 [-15%,10%] 

EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-15%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 127

Mínimo permitido (volts)

107.95

111.60

Máximo permitido (volts)

139.7

134.50

0%

0% 1447 1447 0 111.60 134.50 100% 0% Satisfactorio

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

66

131.85

4.2.15 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 2 [-15%,10%] 

EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-15%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 127

Mínimo permitido (volts)

107.95

109.20

Máximo permitido (volts)

139.7

132.20

0%

0% 1447 1447 0 109.20 132.20 100% 0% Satisfactorio

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

67

128.54

4.2.16 Prueba de variaciones de voltaje de fase en la fase 3 [-15%,10%] 

EN 50160

Cada muestra de voltaje es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de voltaje permitido es [-15%,10%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 0%. (Valor RMS nominal ≤ 1kV). Descripción

Resultado

Voltaje promedio (volts)

Valor requerido 127

Mínimo permitido (volts)

107.95

114.40

Máximo permitido (volts)

139.7

137.10

0%

0% 1447 1447 0 114.40 137.10 100% 0% Satisfactorio

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Voltaje mínimo (volts) Voltaje máximo (volts) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

68

133.03

4.2.17 Prueba de parpadeo de la fase 1: Pst ≤ 1  

CFE L0000-45 EN 50160

Cada muestra de flicker de corta duración es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de Pst permitido es [0,1]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. Descripción

Valor requerido ≤1 

Resultado

Mínimo permitido (Pst)

0

0.24

Máximo permitido (Pst)

1

1.84

5%

0.76% 1447 1436 11 0.24 1.84 99.24% 0.76% Satisfactorio

Flicker de corta duración promedio (Pst)

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Flicker de corta duración mínimo (Pst) Flicker de corta duración máximo (Pst) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.17. Parpadeo 4.17. Parpadeo en la fase 1.

69

0.44

4.2.18 Prueba de parpadeo de la fase 2: Pst ≤ 1  

CFE L0000-45 EN 50160

Cada muestra de flicker de corta duración es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de Pst permitido es [0,1]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. Descripción

Valor requerido ≤1 

Resultado

Mínimo permitido (Pst)

0

0.25

Máximo permitido (Pst)

1

1.47

5%

0.35% 1447 1442 5 0.25 1.47 99.65% 0.35% Satisfactorio

Flicker de corta duración promedio (Pst)

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Flicker de corta duración mínimo (Pst) Flicker de corta duración máximo (Pst) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.18. Parpadeo 4.18. Parpadeo en la fase 2.

70

0.38

4.2.19 Prueba de parpadeo de la fase 3: Pst ≤ 1  

CFE L0000-45 EN 50160

Cada muestra de flicker de corta duración es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de Pst permitido es [0,1]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. Descripción

Valor requerido ≤1 

Resultado

Mínimo permitido (Pst)

0

0.24

Máximo permitido (Pst)

1

1.16

5%

0.07% 1447 1446 1 0.24 1.16 99.93% 0.07% Satisfactorio

Flicker de corta duración promedio (Pst)

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Flicker de corta duración mínimo (Pst) Flicker de corta duración máximo (Pst) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.19. Parpadeo 4.19. Parpadeo en la fase 3.

71

0.38

4.2.20 Prueba de desbalance de voltajes de línea ≤ 2% 

EN 50160

Cada muestra de desbalance es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de desbalance permitido es [0%,2%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. Descripción

Valor requerido ≤2 

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.40

Máximo permitido (%)

2

1.10

5%

0% 1447 1447 0 0.40 1.10 100% 0% Satisfactorio

Desbalance promedio (%)

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Desbalance mínimo (%) Desbalance máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.20. Voltajes 4.20. Voltajes de línea.

72

0.65

4.2.21 Prueba de desbalance de voltajes de línea ≤ 3% 

CFE L0000-45

Cada muestra de desbalance es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de desbalance permitido es [0%,3%]. Descripción

Valor requerido ≤3

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.40

Máximo permitido (%)

3

1.10

Desbalance promedio (%)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Desbalance mínimo (%) Desbalance máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0.65

1447 1447 0 0.40 1.10 100% 0% 100%

Figura 4.21. Desbalance 4.21. Desbalance de voltajes de línea.

73

4.2.22 Prueba de desbalance de voltajes de fase ≤ 2% 

EN 50160

Cada muestra de desbalance es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de desbalance permitido es [0%,2%]. El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. Descripción

Valor requerido ≤2 

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.10

Máximo permitido (%)

2

7.00

5%

37.11% 1447 910 537 0.10 7.00 62.89% 37.11% Fallido

Desbalance promedio (%)

Porcentaje permitido fuera de rango Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Desbalance mínimo (%) Desbalance máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

Figura 4.22. Voltajes 4.22. Voltajes de fase.

74

2.10

4.2.23 Prueba de desbalance de voltajes de fase ≤ 3% 

CFE L0000-45

Cada muestra de desbalance es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de desbalance permitido es [0%,3%]. Descripción

Valor requerido ≤3

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.10

Máximo permitido (%)

3

7.00

Desbalance promedio (%)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Desbalance mínimo (%) Desbalance máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

2.10

1447 1076 371 0.10 7.00 74.36% 25.64% 74.36%

Figura 4.23. Desbalance 4.23. Desbalance de voltajes de fase.

75

4.2.24 Prueba de desbalance de corrientes ≤ 5% 

CFE L0000-45

Cada muestra de desbalance es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de desbalance permitido es [0%,5%]. Descripción

Valor requerido ≤5 

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.80

Máximo permitido (%)

5

79.30

Desbalance promedio (%)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Desbalance mínimo (%) Desbalance máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

25.71

1447 95 1352 0.80 79.30 6.57% 93.43% 6.57%

Figura 4.24. Corrientes 4.24. Corrientes RMS.

Figura 4.25. Desbalance 4.25. Desbalance de corrientes. 76

4.2.25 Prueba de factor de potencia en la fase 1 ≥ 0.9 

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica

Cada muestra de factor de potencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de factor de potencia permitido es [0.9, 1]. Descripción

Valor requerido ≥ 0.9 

Resultado

Mínimo permitido

0.9

0.83

Máximo permitido

1

1.00

Factor de potencia promedio

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Factor de potencia mínimo Factor de potencia máximo Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0.98

1447 1438 9 0.83 1.00 99.38% 0.62% 99.38%

Figura 4.26. Factor 4.26. Factor de potencia en la fase 1.

77

4.2.26 Prueba de factor de potencia en la fase 2 ≥ 0.9 

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica

Cada muestra de factor de potencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de factor de potencia permitido es [0.9, 1]. Descripción

Valor requerido ≥ 0.9 

Resultado

Mínimo permitido

0.9

0.84

Máximo permitido

1

1.00

Factor de potencia promedio

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Factor de potencia mínimo Factor de potencia máximo Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0.97

1447 1436 11 0.84 1.00 99.24% 0.76% 99.24%

Figura 4.27. Factor 4.27. Factor de potencia en la fase 2.

78

4.2.27 Prueba de factor de potencia en la fase 3 ≥ 0.9 

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica

Cada muestra de factor de potencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de factor de potencia permitido es [0.9, 1]. Descripción

Valor requerido ≥ 0.9 

Resultado

Mínimo permitido

0.9

0.69

Máximo permitido

1

0.99

Factor de potencia promedio

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Factor de potencia mínimo Factor de potencia máximo Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0.92

1447 1159 288 0.69 0.99 80.10% 19.90% 80.10%

Figura 4.28. Factor 4.28. Factor de potencia en la fase 3.

79

4.2.28 Prueba de factor de potencia promedio ≥ 0.9 

Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica

Cada muestra de factor de potencia es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de factor de potencia permitido es [0.9, 1]. Descripción

Valor requerido ≥ 0.9 

Resultado

Mínimo permitido

0.9

0.81

Máximo permitido

1

0.99

Factor de potencia promedio

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango Factor de potencia mínimo Factor de potencia máximo Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

0.96

1447 1406 41 0.81 0.99 97.17% 2.83% 97.17%

Figura 4.29. Factor 4.29. Factor de potencia promedio.

80

4.2.29 Prueba de distorsión armónica total de voltajes de línea ≤ 8%    

IEEE 519-2014 CFE L0000-45 IEC 61000-3-6 EN 50160

Cada muestra de distorsión armónica total es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de distorsión armónica total permitido es [0%,8%]. Línea 1 2 3

Valor mínimo (%) 0.80 0.90 0.80

Valor promedio (%) 1.61 1.62 1.45

Valor máximo (%) 2.70 2.60 2.50 Resultado

Figura 4.30. Distorsión 4.30. Distorsión armónica de los voltajes de línea.

81

Resultado Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio

4.2.30 Prueba de distorsión armónica total de voltajes de fase ≤ 8%    

IEEE 519-2014 CFE L0000-45 IEC 61000-3-6 EN 50160

Cada muestra de distorsión armónica total es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de distorsión armónica total permitido es [0%,8%]. Línea 1 2 3

Valor mínimo (%) 0.90 1.00 1.40

Valor promedio (%) 2.09 2.16 2.16

Valor máximo (%) 4.50 4.70 3.80 Resultado

Figura 4.31. Distorsión 4.31. Distorsión armónica de los voltajes de fase.

82

Resultado Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio

4.2.31 Prueba de distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 1 ≤ 8%  

IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de distorsión armónica total de demanda es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de distorsión armónica total de demanda permitido es [0%,8%]. Para obtener TDD se multiplicó multiplic ó THD por la corriente medida en ese momento, dividida entre la corriente máxima promedio registrada en la fase (100.5 A). En condiciones de carga máxima TDD (I) = THD (I), que equivale al consumo realizado en horarios de plena actividad. Descripción

Valor requerido ≤8

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.98

Máximo permitido (%)

8

10.74

TDD promedio (%)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango TDD mínimo (%) TDD máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

3.58

1447 1348 99 0.98 10.74 93.16% 6.84% 93.16%

Figura 4.32. Distorsión 4.32. Distorsión armónica total de corriente en la fase 1. 83

4.2.32 Prueba de distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 2 ≤ 5%  

IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de distorsión armónica total de demanda es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de distorsión armónica total de demanda permitido es [0%,5%]. Para obtener TDD se multiplicó THD por la corriente medida en ese momento, dividida entre la corriente máxima promedio registrada en la fase (116.5 A). En condiciones de carga máxima TDD (I) = THD (I), que equivale al consumo realizado en horarios de plena actividad. Descripción

Valor requerido ≤5

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.40

Máximo permitido (%)

5

10.51

TDD promedio (%)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango TDD mínimo (%) TDD máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

2.39

1447 1214 233 0.40 10.51 83.90% 16.10% 83.90%

Figura 4.33. Distorsión 4.33. Distorsión armónica total de corriente en la fase 2. 84

4.2.33 Prueba de distorsión armónica total de demanda de corriente en la fase 3 ≤ 8%  

IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de distorsión armónica total de demanda es el promedio de cada 10 minutos (144 muestras por día). El rango de distorsión armónica total de demanda permitido es [0%,8%]. Para obtener TDD se multiplicó THD por la corriente medida en ese momento, dividida entre la corriente máxima promedio registrada en la fase (61.6 A). En condiciones de carga máxima TDD (I) = THD (I), que equivale al consumo realizado en horarios de plena actividad. Descripción

Valor requerido ≤8

Resultado

Mínimo permitido (%)

0

0.91

Máximo permitido (%)

8

11.83

TDD promedio (%)

Número de muestras Número de muestras dentro del rango Número de muestras fuera del rango TDD mínimo (%) TDD máximo (%) Porcentaje de muestras dentro del rango Porcentaje de muestras fuera del rango Resultado

4.59

1447 1273 174 0.91 11.83 87.98% 12.02% 87.98%

Figura 4.34. Distorsión 4.34. Distorsión armónica total de corriente en la fase 3. 85

4.2.34 Prueba de armónicos individuales 1-25 de voltaje en las tres fases    

IEC 61000-3-6 EN 50160 IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de armónicos individuales de voltaje es el promedio de cada minuto (1440 muestras por día). El porcentaje permitido de muestras fuera del rango es 5%. El rango de distorsión armónica de cada norma se indica en la prueba. Armónico

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

IEC 61003-6 (%)

EN 50160 (%)

IEEE 5192014 (%)

CFE L000045 (%)

Vh máximo línea 1 (%)

100 2 5 1 6 0.5 5 0.5 1.5 0.5 3.5 0.2 3 0.2 0.3 0.2 2 0.2 1.5 0.2 0.2 0.2 1.5 0.2 1.5

100 2 5 1 6 0.5 5 0.5 1.5 0.5 3.5 0.5 3 0.5 0.5 0.5 2 0.5 1.5 0.5 0.5 0.5 1.5 0.5 1.5

100 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

100 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

100 0 2.5 0 2.6 0 0.9 0 0.9 0 0.5 0 0.7 0 0.3 0 0.2 0 0.4 0 0 0 0 0 0

86

Vh máximo línea 2 (%)

Vh máximo línea 3 (%)

100 100 0 0 2.7 2.2 0 0 2.6 2.4 0 0 1 0.8 0 0 0.8 0.6 0 0 0.4 0.5 0 0 0.4 0.5 0 0 0.4   0.4 0.3 0 0 0.6 0.4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Resultado

Resultado

Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio Satisfactorio

4.2.35 Prueba de armónicos individuales 1-25 de corriente en la fase 1  

IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de armónicos individuales de corriente es el promedio de cada minuto (1440 muestras por día). El rango de distorsión armónica individual máxima de cada norma se indica en la prueba. Armónico

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

IEEE 5192014 CFE L000045 (%) 100 1.75 7 1.75 7 1.75 7 1.75 7 1.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 2.5 0.625 2.5 0.625 2.5 0.625 1 0.25 1

Ah Mínimo (%)

Ah Promedio (%)

Ah Máximo (%)

Porcentaje de muestras dentro del rango (%)

100 0.00 0.30 0.00 0.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 0.24 4.20 0.05 3.96 0.01 1.88 0.00 2.00 0.00 1.16 0.00 1.33 0.00 0.44 0.00 0.58 0.00 0.62 0.00 0.30 0.00 0.17 0.00 0.21

100 2.40 28.50 0.80 18.90 0.30 15.40 0.1 8.50 0.10 5.10 0.10 3.90 0.10 1.60 0.10 1.40 0.10 1.30 0.20 1.20 0.20 0.70 0.10 0.60 Resultado

100 99.86 79.31 100 85.35 100 96.81 100 99.38 100 97.15 100 98.82 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Satisfactorio

87

4.2.36 Prueba de armónicos individuales 1-25 de corriente en la fase 2  

IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de armónicos individuales de corriente es el promedio de cada minuto (1440 muestras por día). El rango de distorsión armónica individual máxima de cada norma se indica en la prueba. Armónico

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

IEEE 5192014 CFE L000045 (%) 100 1 4 1 4 1 4 1 4 1 2 0.5 2 0.5 2 0.5 1.5 0.375 1.5 0.375 1.5 0.375 0.6 0.15 0.6

Ah Mínimo (%)

Ah Promedio (%)

100 0.00 1.60 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 0.58 7.13 0.08 2.07 0.01 1.12 0.00 0.57 0.00 0.61 0.00 0.17 0.00 0.3 0.00 0.63 0.00 0.23 0.00 0.20 0.00 0.17 0.00 0.05

88

Ah Máximo (%)

Porcentaje de muestras dentro del rango (%) 100 100 1.90 88.96 22.80 9.58 0.90 100 12.10 97.01 0.30 100 9.40 99.31 0.20 100 5.90 99.44 0.10 100 2.80 99.38 0.10 100 1.70 100 0.20 100 1.40 100 0.00 100 2.30 96.25 0.00 100 1.00 100 0.00 100 0.70 100 0.00 100 0.50 100 0.00 100 0.50 100 Resultado Fallido

4.2.37 Prueba de armónicos individuales 1-25 de corriente en la fase 3  

IEEE 519-2014 CFE L0000-45

Cada muestra de armónicos individuales de corriente es el promedio de cada minuto (1440 muestras por día). El rango de distorsión armónica individual máxima de cada norma se indica en la prueba. Armónico

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

IEEE 5192014 CFE L000045 (%) 100 1.75 7 1.75 7 1.75 7 1.75 7 1.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 2.5 0.625 2.5 0.625 2.5 0.625 1 0.25 1

Ah Mínimo (%)

Ah Promedio (%)

Ah Máximo (%)

Porcentaje de muestras dentro del rango (%)

100 0.00 0.60 0.00 0.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 1.26 5.46 0.32 2.88 0.09 1.08 0.05 0.64 0.03 0.53 0.03 0.24 0.02 0.13 0.02 0.30 0.01 0.20 0.01 0.10 0.0 0.05 0.00 0.06

100 3.90 20.90 2.70 10.40 2.30 3.80 1.90 3.10 1.70 1.40 1.40 1.10 1.10 0.90 0.90 1.10 0.70 0.70 0.50 0.90 0.40 0.60 0.20 0.60 Resultado

100 77.43 72.22 99.65 97.57 99.79 100 99.93 100 100 100 98.82 100 99.31 100 99.58 100 99.72 100 100 100 100 100 100 100 Satisfactorio

89

4.2.38 Informe de eventos transitorios de voltaje y corriente con umbral de 20% ID

AAA

Fecha y hora

AAAA 05 AAAA 06 AAAA 07 AAAA 08 AAAA 09 AAAA 10 BBB0 1 BBB0 2 BBB0 3 BBB0 4 BBB0 5 BBB0 6 BBB0 7 BBB0 8 BBB0 9 BBB1 0 BBB1 1 BBB1 2 BBB1 3 BBB1 4 BBB1 5 BBB1 6

10/22/2014 10:00:52 10/24/2014 11:47:25 10/24/2014 12:27:35 10/24/2014 12:41:30 10/24/2014 12:41:48 10/24/2014 12:58:50 10/24/2014 12:58:51 10/24/2014 15:26:51 10/24/2014 15:28:09 10/24/2014 15:28:09 10/24/2014 16:36:28 10/24/2014 17:20:59 10/24/2014 17:26:10 10/27/2014 07:55:58 10/27/2014 13:50:58 10/28/2014 07:55:15 10/28/2014 10:50:17 10/28/2014 13:18:54 10/28/2014 17:15:46 10/28/2014 17:29:16 10/29/2014 07:50:53 10/29/2014 09:26:14 10/29/2014 11:29:14

BBB1 7 BBB1 8 BBB1 9 BBB2 4

10/29/2014 11:56:07 10/30/2014 07:47:29 10/30/2014 09:18:07 10/31/2014 11:45:49

Voltaje de línea (V)

Voltaje de fase (V)

Umbral de disparo (V)

U1

U2

U3

V1

V2

V3

-63.1

-121.5

132.4

-50.6

41.4

84.9

60.8

-63.2

11.8

-40.7

-92.0

34.9

-33.9

9.4

-28.5

-31.0

4.8

26.2

-74.3

17.8

-75.9

Corriente (A)

A1

A2

A3

-50.6

-26.1

12.0

31.0

-28.9

90.4

17.2

-205.1

-56.4

-50.2

-19.1

-50.2

-9.2

97.6

-29.6

-53.0

-21.9 -21.9

-26.7

-53.0

79.4

-13.7

-3.5

56.6

-84.9

11.2

-28.3

84.5

-135.1

46.6

-4.0

-19.7

56.5

-85.6

-11.1

29.4

84.9

135.2

-45.6

4.0

89.0

23.0

-66.2

102.5

18.8

36.3

-101.5

227.6

98.0

-5.9 -5.9

189.5

-206.2

162.9

88.9

-117.1

101.7

-96.0

106.9

-94.8

48.3

315.5

291.7 291.7

-334.6

-196.9

177.0

-204.5

-99.8 -99.8

-526.1

300.5

253.4

312.7

-299.3

323.0

-167.3

-166.5

-175.3

-153.8

-155.8

112.8

-67.8

-75.4

9.7

-73.7

100.1

40.2

35.1

98.1

-235.7

23.0

-49.2

69.5

-13.5

-82.2

106.6

37.1

31.6

106.6

-236.1

13.2

67.9

-112.2

-127.4

137.5

-40.0

79.3

97.4

97.4

65.8

32.0

-28.7

84.0

13.0

-71.6

114.7

34.1

47.1

-114.4

-233.5

-51.7

-7.7

67.1

-12.1

78.9

105.6

38.5

27.1

105.6

-221.1

11.0

-57.9 -57.9

87.7

16.2

-80.5

130.7

67.1

69.0

-129.4

261.9

-34.5

-14.9

-82.1

16.5

-65.7

105.2

-32.6 -32.6

39.6

-104.9

225.1

-63.4

30.3

69.3

-11.5

-74.0

99.4

35.2

32.0

99.4

-202.5

33.4

53.6

74.1

-9.8

-67.4

97.8

32.2

30.4

97.8

-145.3

19.2

13.2

93.8

-10.8

-84.9

127.9

38.9

45.2

-127.6

269.1

-55.0

-20.8

-85.4

14.4

79.3

-130.7

-59.3

-60.7

129.0

-238.4

-31.3

-14.9

-79.3

-14.5

75.3

-130.3

-51.0

-55.0

129.3

-260.8

29.1

15.9

-79.5

11.1

-68.4

-106.2

46.1

-48.2

-106.2

237.2

-31.0

-14.3

-67.6

12.3

72.3

-96.7

-36.0

-27.0

-96.7

227.0

18.7

59.2

-67.9

-59.2

22.0

-51.3

105.0

54.0

-104.6

-27.2

218.7

-21.0

-72.0

10.0

-62.9

103.2

37.7 37.7

-40.9

-102.8

165.2

-16.1

-9.1

79.8

12.0

-69.1

120.5

40.7

51.5

-119.8

247.9

-42.8

-14.0

Resultado

90

27 eventos

4.3 Prueba y reporte termográfico 

International Electrical Testing Asociation (NETA)

Se encontraron dos puntos calientes, uno en un interruptor termomagnético del Tablero B y el otro en un fusible de la Caja general de protección.

. Figura 4.35. Interruptor 4.35. Interruptor termomagnético caliente.

Figura 4.36. 4.36. Fusible caliente. Temperaturas medidas Figura 4.35 4.36

Temperatura medida (°C) 30.0 81.3

Temperatura de referencia (°C) 23.6 40.6

Temperatura ambiente (°C) 23.4

Diferencia de temperaturas Figura 4.35 4.36

Diferencia con temperatura de referencia (°C) 6.4 40.7

Valor máximo (°C) 15

Diferencia con temperatura ambiente (°C) 6.6 57.9

91

Valor máximo (°C)

40

Resultado Satisfactorio Fallido

RECOMENDACIONES CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Técnicas de atenuación de disturbios Nueva interconexión Los sistemas trifásicos en baja tensión generalmente no son balanceados, lo que significa que las tensiones o corrientes no son idénticas en magnitud o el desplazamiento entre fases no es de 120 grados eléctricos (o ambas) lo que conlleva por consecuencia calentamiento de alguna de las fases, afectando motores y otros dispositivos que dependen de un balance adecuado de la fuente de suministro trifásica. Un medio para eliminar el desbalanceo en las instalaciones es realizar una nueva interconexión de todos los equipos de la instalación, de manera que las cargas monofásicas, bifásicas y trifásicas sean distribuidas equitativamente en la instalación. Es recomendable realizar un análisis de las cargas para verificar que bajo las diferentes condiciones de operación no se presente un desbalanceo mayor al 5% entre la fase de mayor y la de menor carga. Filtros Para mantener los contenidos de armónicas de corriente dentro de los niveles recomendados, las principales soluciones son:   

El uso de equipos de rectificación rectifica ción con mayor número de pulsos Filtros pasivos sintonizados a frecuencias individuales Filtros activos y acondicionadores.

Los filtros son elementos eléctricos lineales que discriminan el paso de una determinada frecuencia o gama de frecuencias, dependiendo de las características del filtro y su capacidad. Solucionan problemas de corrientes armónicas, al drenar la corriente armónica de la frecuencia en la que se encuentre sintonizado. Pero la colocación de los filtros se debe realizar con cuidado, ya que estos están muy limitados por la cantidad de corriente que son capaces de filtrar, en la Figura 5.1 se esquematiza la acción de un filtro.

Figura 5.1. Filtro 5.1. Filtro de armónicas. 92

Puesta a tierra aislada Es la implementación de un cableado que conecte a los receptáculos que proveen de energía eléctrica a las cargas sensibles, el cual comprende el cableado normal para una instalación eléctrica, como es la fase, el neutro (o puesta a tierra) y la conexión del conductor desnudo de puesta a tierra que se conecta a la chalupa del contacto, y además lleva un cable de tierra aislada, el cual va conectado directamente a la subestación, electrodo de tierra o una conexión a tierra física, y se conecta a la entrada de tierra en el receptáculo, el cual debe ser del tipo “tierra aislada”, en la Figura 5. 2 se ilustra la conexión correcta de un receptáculo con tierra aislada. Esto soluciona problemas de ruido en la línea e impulsos en modo común provenientes de otros equipos en el sistema de puesta a tierra.

Figura 5.2. Receptáculo 5.2. Receptáculo con conductor de tierra aislada. Línea dedicada Es la implementación de un tablero separado y de uso exclusivo para las fuentes de tipo no lineal, para prevenir la contaminación del suministro a otros equipos. Esto soluciona los problemas de impulsos o cortes momentáneos de energía provenientes de equipos conectados al mismo circuito o tablero, aunque no logra dar solución a todos los problemas debidos a la interacción de cargas salvo las que llegan a presentarse dentro de un mismo circuito. Transformadores de aislamiento Son dispositivos magnéticos que ofrecen una separación física entre la entrada y la salida del mismo. Puede solucionar la presencia de ruido, la contaminación de armónicas de otras fuentes y también caídas de tensión. Estos pueden ser de tipo normal o con un factor K, el cual además de brindar la protección mencionada, es capaz de soportar las corrientes de armónicas, e incluso se pueden encontrar con filtros para la mitigación de las mismas. El factor K es una constante que indica la capacidad que posee el transformador para alimentar cargas no lineales (por ejemplo: hornos de inducción, sistemas de cómputo) sin 93

exceder la temperatura de operación para la cual está diseñado. A su vez, cumple la función de ser un indicador de la capacidad del transformador para soportar el contenido de corrientes armónicas, mientras se mantiene operando dentro de los Iímites de temperatura para la cual está diseñado. Supresores de sobretensión transitoria (o de picos) Son dispositivos capaces de bloquear tensiones que se producen en el suministro eléctrico o por descargas atmosféricas, que son llevadas de forma segura lejos de los equipos a proteger. Los supresores protegen la instalación contra elevaciones repentinas de corta duración en la tensión, aunque si estas se presentan con una duración mayor a la que establece el equipo, los fusibles se pueden quemar, al igual que si el valor de tensión eficaz que se tiene en la línea es mayor al que se especifica en el equipo. Transformador de tensión constante o ferrosonante Son trasformadores que cuentan con devanados secundarios que compensan y neutralizan cambios en la tensión, además de tener un condensador conectado al devanado compensador y al secundario, con lo que se proporciona una realimentación magnética. Estos son capaces de aislar la carga y de regular la salida de tensión, por lo que protegen contra impulsos, ruidos, sobretensiones, sags y corrientes armónicas. Al elegir estos transformadores se debe tener precaución con su capacidad, ya que su regulación es mejor cuando se encuentran funcionando al 25% de esta, la Figura 5.3 presenta la conexión interna de este tipo de transformadores.

Figura 5.3. Diagrama 5.3. Diagrama esquemático de transformador ferrosonante.

94

Acondicionador o Regulador de línea Son equipos eléctricos que controlan la salida de tensión mediante dispositivos electrónicos, brindando una salida con menor variación. Estos tienen la capacidad de solucionar los problemas de sags, swells, transitorios y de aislar las cargas de otras fuentes, esto último si el acondicionador tiene un dispositivo que proporcione aislamiento, como un transformador. Sistemas de Energía Ininterrumpible (UPS) Un UPS es una fuente de suministro eléctrico compuesto por una batería, un transformador y componentes electrónicos, con el fin de proporcionar energía a un dispositivo en el caso de interrupción eléctrica. Existen dos tipos, los denominados off-line y los on-line. Los primeros se encargan de monitorear la entrada de energía, y en cuanto detectan alguna falla en esta, cambian su alimentación, tomándola de la batería, este pequeño cambio de origen de la energía puede tomar algunos milisegundos. Los online evitan esos milisegundos sin energía al producirse un corte eléctrico, pues proveen alimentación constante desde su batería y no de forma directa de la red. Cualquiera que sea el tipo estos sistemas proveen protección contra, transitorios, sags, swells, aíslan cargas, ruidos y algunos pueden filtrar armónicos. Es importante mencionar que un UPS sin transformador no proporciona aislamiento, ya que la carga se conecta con el suministro a través del rectificador e inversor. Banco automático de capacitores Este tipo de compensación ofrece una solución generalizada para corregir el factor de potencia ya que la potencia total del banco de capacitores se instala en la acometida, cerca de los tableros de distribución de energía, los cuales, suministran la potencia reactiva demandada por diversos equipos con diferentes potencias y tiempos de operación. La potencia total del banco de capacitores se divide en varios bloques que están conectados a un regulador automático de energía reactiva, que conecta y desconecta los bloques que sean necesarios para obtener el factor de potencia previamente programado en dicho regulador. Comparación de métodos Los diferentes métodos pueden ayudar a mitigar los diferentes tipos de disturbios y problemas de calidad de energía, dependiendo del tipo de instalación y el tipo de conexión. La Tabla 5.1 muestra una comparación entre los diferentes métodos de solución para cada tipo de problema.

95

Tabla 5.1. Comparativa 5.1. Comparativa de métodos de protección y mitigación. 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Nueva interconexión

No

No

No

No

No

No

No

Eficaz

No

Puesta a tierra aislada

Medianamente eficaz

No

No

No

No

Medianamente eficaz

No

No

No

Línea dedicada

Medianamente eficaz

No

No

No

No

Medianamente eficaz

No

No

No

Transformadores de aislamiento

Medianamente eficaz

No

No

No

No

No

No

No

No

Filtros

No

No

No

No

Eficaz

No

No

No

No

Supresores

Eficaz

No

No

No

No

No

No

No

No

Transformadores ferrosonantes

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

No

No

No

Acondicionador de línea

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Opcional

Eficaz

No

No

No

UPS

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

Eficaz

No

Medianamente eficaz

Banco automático de capacitores

No

No

Medianamente eficaz

No

No

No

No

No

Eficaz

1. 2. 3. 4. 5.

Impulso Sobretensión Sags Swells Armónicos

6. 7. 8. 9.

Ruidos Corte del suministro suministr o Desbalance Bajo factor de potencia

Como se puede observar en la tabla los métodos más eficaces para la mitigación de los disturbios son los UPS, los transformadores ferrorresonantes y los acondicionadores de línea, que debido a su naturaleza no permiten el paso de las armónicas u otros problemas derivados. La consideración de una fuente de disturbio en la instalación o instalaciones, sólo se debe hacer después de que el comportamiento eléctrico interno ha sido completamente verificado, vía medición y/o estudios.

96

5.2 Recomendaciones para mejorar la calidad de la energía en el TAMULBA Desbalance de tensiones y corrientes El 6.57% de las mediciones de desbalance de corriente cumplieron con el criterio de ser menor o igual a 5% (CFE L0000-45). El desbalance de tensiones de fase que la misma especificación indica que no debe sobrepasar 3%, se cumplió en 74.35% de las mediciones. Lo anterior es debido a que el desbalance de cargas sobre las fases y en mucho menor medida la presencia de tercer armónico especialmente en la fase 2, ocasiona corrientes armónicas y de desequilibrio que se suman en el neutro y se ven reflejadas como un desbalance entre los voltajes de fase. 

Se recomienda hacer una nueva interconexión en que las cargas estén balanceadas en las tres fases además de verificar que el neutro este sólidamente aterrizado para que aun cuando exista un desbalance de carga en el transformador, no se afecten las tensiones de fase.

Armónicos de corriente  Aunque solamente 9.58% de las muestras de tercer armónico en la fase 2 se apega al criterio que las normas con que se evaluó recomiendan, el porcentaje de muestras de distorsión armónica total de demanda de corriente en las tres fases que cumple los criterios es alto (93.16%, 83.90%, 87.98%) y por lo tanto aún no se considera necesaria la implementación de métodos de atenuación de armónicos. Estudio termográfico Se encontró que un fusible y un interruptor termomagnético tienen temperaturas considerablemente mayores que el resto. 

Se propone cambiar ambos elementos y verificar que la conexión de los mismos no esté suelta ni corroída. Una vez realizado lo anterior, verificar de nuevo con la cámara termográfica que no haya anomalías.

97

5.3 Conclusiones Durante el desarrollo de este trabajo se presentaron los problemas que son consecuencia de disturbios eléctricos, y que son ocasionados por diversas cargas no lineales y variaciones en la red. Se dieron a conocer las principales normas internacionales y nacionales cuyo fin es garantizar una alta calidad de energía. La instalación eléctrica del TAMULBA presenta algunas complicaciones, las cuales fueron detalladas en este trabajo, se demostró que estas condiciones derivan en la presencia de disturbios eléctricos, los cuales se ven reflejados en las líneas generales de alimentación, donde se midió en el monitoreo eléctrico. Con base a lo anterior se puede concluir lo siguiente: 



Es importante que se realicen ajustes en los tableros para tener un balance de carga adecuado entre las fases. El suministro suministr o eléctrico del TAMULBA proporcionado por la CFE durante el periodo de monitoreo se apegó adecuadamente a los criterios de las diversas normas nacionales e internacionales utilizadas para evaluarlo.

98

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] IEEE Standard 519-2014. Recommended Practice for Harmonic Control in Industrial Systems, IEEE New York, USA, 2014. [2]

IEC 61000-3- 6, “Harmonic Emission Limits for Customers Connected to MV, HV,

and EHV”

[3] EN 50160. Características Característic as de la tensión suministrada suministr ada por las redes generales de distribución. 1999. [4] IEEE Standard 1159-2009, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality, IEEE New York, USA, 2009. [5] ANSI Standard C84.1-2006. American National Standard for Electric Power Systems and Equipment-Voltage Ratings (69 Hz). American National Standards Institute, 11 West 42 Street, New York, NY 10036. [6] Reglamento de la Ley del Servicio Público de la Energía Eléctrica, Diario Oficial de la Federación, México, 1993. [7] Especificación Especific ación CFE L0000-45. Desviaciones permisibles permisibl es en las formas de onda de tensión y corriente en el suministro y consumo de energía eléctrica, Comisión Federal de Electricidad, México, 2005. [8] Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, NOM-001-SEDE- 2012, Instalaciones Eléctricas. Diario Oficial de la Federación, México, 2012. [9] IEEE Standard C62.41.2-2002. IEEE Recommended Practice on Characterization Characterizati on of Surges in Low-Voltage (1000 V and Less) AC Power Circuits, IEEE New York, USA, 2002. [10] Churchill (1996). Series de Fourier y problemas de contorno (3° Edición). New York. McGraw-Hill. [11]

Universidad Politécnica Salesiana, (2002) Armónicos en redes eléctricas.

[12]

Análisis de sistemas eléctricos de potencia, W.D. Stevenson.

[13]

Efectos de las armónicas en sistemas eléctricos. A. Tejada, A. Llamas.

[14]

Los Armónicos y la Calidad de la Energía Eléctrica. Eléctric a. RTR Energía.

[15] Electric Power Quality Systems second Edition; Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya Santoso, and H. Wayne Beaty; editorial McGraw Hill. [16] Handbook of Power Quality. Angelo Baggini, University of Bergamo, Italy Ed. John Wiley & Sons, Ltd.

99

[17] ADMIN. (2011). La termografía en el mantenimiento mantenimient o eléctrico. eléctric o. Noviembre 10, 2014, de Termografics Sitio web: http://www.latermografia.com/2011/la-termografia-en-elmantenimiento-electrico

100