Controladores de Potencia

Calidad de Servicio Eléctrico

Prof. Alexander Bueno M.

17 de septiembre de 2011

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Transitorios

4 El término transitorio se ha utilizado en el análisis de las variaciones del sistemaeléctrico de potencia para referirse a un evento no deseado de naturalezamomentánea y fortuita.

4 Los transitorios pueden clasi�carse en dos categorías:

8 Impulsos

8 Oscilaciones

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Impulso

4 Es una inyección momentánea de energía que ocasiona cambios en las tensionesy/o corrientes en el sistema de potencia, se caracteriza por ser unidireccional ypresentar tiempos de acenso y descenso en el orden de los micro segundos.

4 La causa más común de los transitorios tipos impulso son los rayos o relámpa-gos, estos se caracterizan por presentar tiempos de cresta de 1,2 µs y tiemposde cola de 50 µs.

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4 Debido a las altas frecuencias involucradas, la forma de los transitorios im-pulsivos pueden cambiar rápidamente debido a los componentes del circuitoy pueden tener características muy diferentes cuando se ve desde diferentespartes del sistema de potencia.

4 Los transitorios impulsivos pueden excitar la frecuencia natural de oscilacióndel sistema de potencia produciendo oscilaciones.

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Oscilaciones

4 Son variaciones positivas y negativas entorno al valor de la tensión y/0 corrientede una frecuencia superior a la del sistema de potencia.

4 Se pueden clasi�car de acuerdo a su frecuencia, duración y magnitud en:

8 Alta frecuencia: La oscilación presenta componentes de frecuencia superio-res a los 500kHz con una duración típica de micro segundos.

8 Media frecuencia: La oscilación presenta componentes de frecuencia entre5 y 500kHz su duración esta en el orden de las decenas de micro segundos eincluso varios ciclos a frecuencia fundamental.

8 Baja Frecuencia: La oscilación presenta componentes de frecuencia menoresa5kHz su duración esta en el orden de 0,3 a 50ms.

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Variaciones de Tensión de Corta Duración

4 Esta clasi�cación abarca la categoría de la IEC de caídas de tensión e interrup-ciones breves.

4 Las variaciones dependiendo su duración pueden clasi�carse en: instantáneas otemporales.

4 Las variaciones de tensión de corta duración son causadas principalmente porcondiciones de falla, procesos de toma y bote de cargas de gran tamaño yconexiones sueltas en los alimentadores de un circuito.

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4 Dependiendo el tipo de evento (falla, energización o bote de carga), sulocalización y condiciones de operación del sistema se pueden producir trestipos de fenómenos en la red eléctrica:

8 Caída temporal de la tensión (huecos o sag).

8 Aumento temporal de la tensión (oleaje o swell).

8 Pérdida completa de la tensión (interrupción).

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Huecos o Sag

4 Es una disminución de entre 0,1 y 0,9 en por unidad del valor efectivo de latensión o corriente con una duración entre 0,5 ciclos y un minuto.

4 Los huecos o sag de tensión son generalmente asociados a fallas en el sistemao a la energización de cargas de alto consumo o arranque de grandes motores.

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Oleaje o Swell

4 Se de�ne como un aumento entre 1,1 y 1,8 en por unidad del valor efectivode la tensión o corriente con una duración entre 0,5 ciclos y un minuto.

4 Son causados por los mismos fenómenos de los huecos pero su frecuencia deocurrencia es menor.

4 El término sobre tensión momentánea es utilizado por muchos autores parareferirse a los swell.

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Interrupción

4 Se de�ne como una disminución menor al 0,1 en por unidad de la tensión ocorriente del sistema por un tiempo no superior a un minuto.

4 Las interrupciones pueden ser el resultado de fallas en equipos o sistemas decontrol en la red eléctrica.

4 Las interrupciones se miden por su duración ya que la magnitud es siempreinferior al 10% de la nominal.

4 Generalmente las interrupciones son precedidas por sag.

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Variaciones de Tensión de Larga Duración

4 Las variaciones de larga duración abarcan aquellas desviaciones de los valoresefectivos de tensión superiores a un minuto.

4 La norma ANSI C84.1-2006 establece los límites de tolerancia de tensión enestado estacionario en un sistema de 60Hz.

4 Las variaciones de larga duración se pueden clasi�car en:

8 Interrupción sostenida: Es la disminución superior al 90% del valorefectivo de la tensión con una duración superior a un minuto. Generalmenterequiere la intervención de un operador para poder restablecer el servicio.

8 Subtensiones: Es una disminución del valor efectivo de la tensión a menosdel 90% del valor nominal con una duración mayor a un minuto.

8 Sobretensiones: Es un aumento del valor efectivo de la tensión por encimadel 110% del valor nominal con una duración mayor a un minuto.

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4 Las sobretensiones y subtensiones, generalmente son causadas por variacionesrepentinas de la carga en la red de potencia o por sistemas de conexión ydesconexión de equipos o carga.

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Desbalance de Tensión

4 Los desbalances de tensión en un sistema trifásico se originan por la alimenta-ción de cargas de alto consumo monofásicas conectadas entre fase y neutro oentre línea y línea.

4 Estos desbalances de tensión pueden ocasionar componentes de secuencianegativa y cero que afectan a las máquinas de corriente alterna conectadas alpunto común de acoplamiento.

4 La circulación de corrientes de secuencia negativa causa incrementos en elcalentamiento de los devanados del convertidor electromecánico.

4 El desbalance de tensión se puede de�nir como:

8 Máxima desviación entre la magnitud promedio de tensión, expresada enporcentaje de la magnitud promedio de tensiones de las fases.

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Vdesb(%) = 100 · |Vmax−Vmedio||Vmedio|

(1)

8 Magnitud de la tensión de secuencia negativa en porcentaje de la magnitud detensiones de secuencia positiva.

Vdesb(%) =∣∣∣∣V2

V1

∣∣∣∣ ·100 (2)

4 Un método de medición y cálculo del desbalance de tensión debe combinarambas de�niciones en términos de magnitud y duración.

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Parpadeo de Tensión

4 El parpadeo o �icker es una variación rápida de tensión debido a cambiosbruscos de la demanda.

4 Pueden ser percibido por el ojo humano y causar molestias.

4 Evaluar el parpadeo en el punto común de acoplamiento es difícil y requiere unregistro estadístico de estas �uctuaciones de tensión.

4 Estas variaciones rápidas ocasionan oscilaciones de la tensión entre un 0,9 y1,1 en por unidad a baja frecuencia.

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Desbalance de corriente

4 Los desequilibrios de corriente se pueden representar mediante el cociente dela componente de secuencia negativa y positiva.

4 Las componentes de corriente de secuencia negativa producen calentamientoadicional sobre los devanados de los generadores conectados al (PCC), asícomo par en sentido contrario al de giro.

4 Por diseño los generadores permiten un máximo de 10% de corriente desecuencia negativa total en relación a la componente de secuencia positiva.

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4 La corriente de desbalance se expresa como:

Idesb(%) =∣∣∣∣ I2

I1

∣∣∣∣ ·100 (3)

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Distorsión en la Forma de Onda

4 La distorsión en la forma de onda se de�ne como la desviación de esta conrespecto a una onda sinusoidal.

4 Esta desviación se evaluá principalmente por el contenido espectral de la onda.

4 Las principales distorsiones en la forma de onda que se analizan son:

8 Nivel DC: Es la presencia de un valor de corriente continua en la forma deonda.

V0 =1T

∫ T

0v(t)dt

8 Armónicos: Son componentes sinusoidales en la tensión y/o corriente confrecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (50 o60Hz).

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8 Para la evaluación del impacto armónico sobre el sistema de potencia en el(PCC) la IEEE Std. 519-1992 propone cuatro indicadores:

8 Distorsión armónica total de tensión:T HD =

√√√√√ 50

∑n=2

v2n

v18 Distorsión armónica individual de tensión (IHDv).

8 Factor de distorsión total de demanda: T DD =

√√√√√ 50

∑n=2

i2n

imax8 Distorsión armónica individual de corriente (IHDi).

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Interarmónicos: Son componentes sinusoidales en la tensión y/o corrientecon frecuencias que son múltiplos no enteros de la frecuencia fundamental (50o 60Hz). La principal fuente de distorsión interarmónica son los convertidoresestáticos de frecuencia y los dispositivos de formación de arcos.

Ruido: Son distorsiones superpuestas a las ondas de tensión y/o corriente conun contenido espectral inferior a 200kHz. Ruidos en el sistema de potenciapuede ser causados por los dispositivos electrónicos de potencia, equipos dearco eléctrico y fuentes de alimentación conmutadas.

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Variaciones de frecuencia: Se de�nen como desviaciones de la frecuenciade alimentación de su valor nominal. Esta variación está estrechamente ligadacon la variación en la velocidad de rotación de los generadores.

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Mueca o line notching: Es una perturbación periódica en la tensiónproducto del funcionamiento de un convertidor de electrónica de potenciacuando la corriente es conmutada de una fase a otra del sistema de potencia.

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Característica y Clasi�cación de los Fenómenos

Electromagnéticos

Categoría Contenido Espectral Duración Magnitud

Nanosegundos > 5ns < 50ns

Impulso Microsegundos > 1 µs 50ns→ 1ms

TransitorioMilisegudos > 0,1ms > 1ms

Baja frecuencia < 5kHz 0,3→ 50ms 0→ 4 pu

Oscilatorio Media frecuencia 5→ 500kHz 20 µs 0→ 8 pu

Alta frecuencia 0,5→ 5MHz 5 µs 0→ 4 pu

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Característica y Clasi�cación de los Fenómenos

Electromagnéticos

Categoría Contenido Espectral Duración Magnitud

InstantáneasSag 0,5→ 30ciclos 0,1→ 0,9 pu

Swell 0,5→ 30ciclos 1,1→ 1,8 pu

Variaciones Interrupciones 0,5ciclos→ 3s < 0,1 pu

de corta Momentáneas Sag 30ciclos→ 3s 0,1→ 0,9 pu

duración Swell 30ciclos→ 3s 1,1→ 1,8 pu

Interrupciones 3s→ 1min < 0,1 pu

Temporales Sag 3s→ 1min 0,1→ 0,9 pu

Swell 3s→ 1min 1,1→ 1,2 pu

Variaciones Interrupción sostenida > 1min 0,0 pu

de larga Subtensiones > 1min 0,8→ 0,9 pu

duración Sobretensiones > 1min 1,1→ 1,2 pu

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Característica y Clasi�cación de los Fenómenos

Electromagnéticos

Categoría Contenido Espectral Duración Magnitud

Desbalance Estado Estacionario 0,5→ 2%

Nivel DC Estado Estacionario 0→ 0,1%

Distorsión Armónicas 0→ 100th Estado Estacionario 0→ 20%

Tensión forma Interarmónicas 0→ 6kHz Estado Estacionario 0→ 2%

de onda Notching Estado Estacionario

Ruido Banda ancha Estado Estacionario 0→ 1%

Fluctuaciones < 25Hz Intermitentes 0,1→ 7%

Variaciones de la frecuencia industrial < 10s

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