Calidad de la energia Flicker o Parpadeo

CALIDAD DE ENERGÍA FLICKER

PRESENTADO POR: ARAUJO CHICA CAMILO ISAAC

UNIVERSIDAD TÉCNICA LUIS VARGAS TORRES DE

ESMERALDAS FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS

CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

MATERIA DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA I

DOCENTE: Ing. FRANKLIN REINA

ESMERALDAS – ESMERALDAS 09 de ABRIL del 2014

CALIDAD DE LA ENERGÍA FLICKER Universidad Técnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas

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Introducción al flicker en redes eléctricas

En el análisis de perturbaciones en redes eléctricas, los temas de mayor influencia en

la calidad de energía eléctrica, entre otros, son los armónicos, las sub/sobre tensiones,

las interrupciones y el flicker. Este último preocupa desde hace varios años a

organizaciones y países del mundo por las consecuencias que generan,

principalmente, sobre las personas expuestas a él.

Que es el Fenómeno Flicker

El flicker es el fenómeno de variación de la intensidad del flujo luminoso que afecta a

la visión humana generado por fluctuaciones (modulaciones) en la tensión de red. Es

un problema de percepción visual, puesto que el fenómeno depende principalmente

de las personas que lo observan.

Orígenes de las fluctuaciones de tensión

El parpadeo (flicker) puede ser motivado por perturbaciones introducidas durante la generación, transmisión o distribución de energía, pero que generalmente son provocadas por el uso de grandes cargas fluctuantes, es decir, cargas cuya demanda de potencia activa o reactiva fluctúa rápidamente. El origen del parpadeo está en el comportamiento de los sistemas de iluminación

(lámparas de incandescencia y descarga, principalmente) ante fluctuaciones en la

tensión de alimentación. Estas variaciones en la tensión se producen sobre todo por

cambios bruscos en las cargas conectadas a la red de energía eléctrica, tal y como

sucede durante el funcionamiento normal de un horno de arco, motores con cargas

pulsantes, las máquinas de soldadura por arco, las conexiones de grandes motores de

inducción, compresores, trenes laminadores, bancos de capacitores, soldadoras, entre

otras, en redes eléctricas deficientes, de baja potencia de corto circuito, o en aquellas

sin sistemas de control de inhibición de transitorios.

La fluctuación relativa de tensión El fenómeno del parpadeo está relacionado con las variaciones del valor eficaz de la tensión y la frecuencia con la que estas ocurren.

Las fluctuaciones de tensión se pueden suponer como una modulación de la tensión de la red, prácticamente sinusoidal, en un punto con otra señal de más baja frecuencia cuya forma es, en principio, aleatoria. Es la presencia de esta última la que hace la tensión eficaz no tenga un valor constante si no que oscila entre unos determinados valores. Para medir la severidad de estas perturbaciones que se manifiestan en formas de variaciones en la tensión eficaz se define el término Variación Relativa de Tensión, valor que se suele dar en tanto por ciento. Su expresión es la que sigue:


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Donde V es la tensión cuando no hay perturbaciones, por ejemplo, la que hay en el punto de la red objeto del estudio antes de conectar la carga que provoca las fluctuaciones de tensión. Mientras que, ΔV es la excursión de dichas fluctuaciones.

En valor de la variación relativa de tensión también se puede calcular a partir de los valores de tensión instantáneos, tomando en vez de los valores eficaces los de pico, o sea:

Donde las fluctuaciones están tomadas según la siguiente Ilustración.


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Efectos de las fluctuaciones de tensión sobre las fuentes de luz

En las fuentes de luz de carácter eléctrico, cualquier variación de la magnitud de la Tensión de suministro provoca una alteración de su flujo luminoso. Para expresar de un modo sencillo este efecto, en la literatura se propone (entre otros modelos) un índice que relaciona la variación de amplitud luminosa con la variación de magnitud de tensión aplicada, denominado “factor de ganancia”, es decir:

Factor de ganancia =

Dónde:

:Flujo luminoso V : Tensión eficaz

Para cada lámpara, el factor de ganancia es distinto en función del principio de funcionamiento:

3,8 para lámparas incandescentes 1,0 para lámparas fluorescentes 2,8 para lámparas de vapor de mercurio de alta presión 3,3 para lámparas de vapor de sodio a alta presión 0,5 para lámparas de vapor de sodio de baja presión

Efectos fisiológicos de las fluctuaciones de flujo luminoso El efecto más importante de la variabilidad del flujo luminoso es el fisiológico, porque afecta la ergonomía del entorno de producción, provocando fatiga y reducción del nivel de concentración delos trabajadores. La respuesta de la combinación ojo humano-cerebro tiene características de filtro pasabanda de entre 0,5 Hz y 35 Hz, con una sensibilidad máxima al flujo luminoso a una frecuencia en torno a 8-9 Hz. Los efectos fisiológicos dependen de la amplitud de las variaciones de flujo luminoso, del espectro de frecuencia y de la duración de la perturbación. La respuesta del cerebro al estímulo luminoso tiene una característica inercial con una constante de tiempo de alrededor de 300 ms, es decir que se perciben las variaciones lentas del flujo luminoso mientras que las variaciones rápidas son “suavizadas”. Por ejemplo, dos variaciones cortas de flujo luminoso producidas dentro de un intervalo de 300 ms son percibidas como una sola variación. Debido a que la respuesta al parpadeo (flicker) varía de una persona a otra, para la Cuantificación del parpadeo en la normativa se adopta un modelo de instrumento normalizado totalmente electrónico que modela la combinación del comportamiento de una fuente de luz de tungsteno con la respuesta humana a tal comportamiento. Inicialmente, los diseños de los instrumentos de medida se basaban en la simple observación del flujo luminoso, pero luego se desarrolló un modelo de la reacción humana (que se manifiesta bajo la forma de incomodidad o molestia) a la fluctuación del flujo luminoso. El modelo se basa como referencia en una lámpara incandescente de filamento de tungsteno de 60 W alimentada con 230 V.


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En la siguiente figura, se muestran dos umbrales de sensibilidad de percepción del parpadeo para sendas tensiones nominales de alimentación. El plano de la gráfica se define con el porcentaje de variación de tensión (eje de ordenadas) y de la frecuencia de tal variación (eje de abscisas).

Cuando el punto definido por la magnitud y la frecuencia de las variaciones queda por encima de la curva umbral de sensibilidad adoptada, es probable que el efecto resulte molesto para la gran mayoría de los observadores humanos. Por el contrario, si el punto está debajo de la curva umbral, lo más probable es que el efecto resulte imperceptible. Para cada nivel de tensión nominal, corresponde una curva diferente: considerando dos lámparas de la misma potencia, por la que trabaja al nivel de tensión menor (120 V) circula una corriente mayor que en la que trabaja al nivel de tensión mayor (220 V), con lo cual la primera cuenta con una mayor inercia térmica y se ve afectada en menor proporción frente a una misma variación de la tensión nominal. Para las mediciones realizadas en el presente trabajo, se adopta como aplicable la curva Umbral de sensibilidad de 230 V, ya que la tensión nominal de la instalación relevada es de 220 V Medida de la severidad del parpadeo (flicker) de corta duración La severidad del parpadeo (flicker) se expresa en términos de un índice denominado PST para períodos de tiempo cortos, y de otro denominado PLT para períodos de tiempo largos. Como se anticipaba en el punto anterior, se ha normalizado un modelo para describir la combinación del comportamiento de una fuente de luz más la respuesta humana a tal comportamiento El modelo resultante como instrumento de medida normalizado es totalmente electrónico, de manera tal que solo se miden las


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fluctuaciones de la tensión y a partir de ellas se utiliza una simulación de la respuesta de la fuente de luz combinada con la reacción humana para generar una denominada señal de severidad de parpadeo. De esta señal calculada, que podríamos denominar “ficticia”, se hace un análisis estadístico del cual se derivan dos resultados, según la duración del período de medición. Para períodos de medición de diez minutos, se describe la severidad del parpadeo de corta duración con el índice PST, y para describir la severidad del parpadeo de larga duración se utiliza el índice PLT; que es una media continua de los valores de PST a lo largo de una ventana de tiempo de dos horas. En la práctica, después de haberse recogido muestras de la señal de severidad de parpadeo durante diez minutos, se establecen los umbrales que corresponden a los percentiles, es decir, aquellos que se han superado durante el 0,1 %, 1 %, 3 %, 10 % y 50 % del tiempo de observación. En las expresiones siguientes, estos percentiles se denotan como P0.1, P1, P3, etc., mientras que los subíndices “s” (p. ej. P1S, P3S) indican que se ha aplicado la media según las fórmulas siguientes:

El PST se calcula por medio de la siguiente expresión:

Los valores de PST se utilizan para calcular PLT para períodos de observación más largos por medio de la siguiente expresión:

Donde N es la cantidad de períodos para el cálculo de PST contenidos en el tiempo de Observación para el cálculo de PLT, es decir, serían necesarias 12 determinaciones de PST, de 10 minutos, para calcular el PLT durante 2 horas. Límites normalizados para la severidad de parpadeo (flicker) Según la norma IEC 61000-3-3:19951:

· El índice de severidad del parpadeo de la luz de corta duración debe ser PST ≤ 1,0.

· El índice de severidad del parpadeo de la luz de larga duración debe ser PLT ≤ 0,65.


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Según la norma EN 50160:19992: · El índice de severidad del parpadeo de la luz de larga duración debe ser PLT ≤

1,0 en el 95 % del periodo de medición (una semana). · El índice de severidad del parpadeo de la luz de corta duración, PST, no se tiene

en cuenta.

Medición de Parámetros de Calidad de Energía bajo el estándar IEC61000-4-30. Primera parte. Medición de Flicker en redes eléctricas. La serie de las normas IEC 61000-4 definen los métodos de medición para desarrollar las mediciones e interpretaciones de los resultados de los parámetros de calidad de energía para los sistemas de suministro eléctrico en 50 y 60Hz. La IEC 61000-4-30, tiene por objetivo principal la descripción de los métodos de medición de un gran número de parámetros de calidad de energía de manera confiable, reproducible y comparable, más allá del instrumento específico compatible con las prestaciones requeridas y de las condiciones ambientales. Además se focaliza en la metodología de mediciones in-situ. Los parámetros de calidad de energía que hace referencia son de naturaleza conductiva correspondiente a la tensión y corriente de los sistemas eléctricos: • Medición de frecuencia fundamental de red. • Magnitud RMS de tensión y corriente. • Interrupciones, sobre y subtensiones. • Desbalance de tensión. • Flicker de tensión (PST y PLT). • Transitorios de tensión. • Armónicos de tensión y corriente. • Inter-armónicos de tensión y corriente. • Índices de distorsión armónica total de tensión y corriente. • Tensiones de señalización. • Cambios rápidos de estabilidad de tensión. La IEC 61000-4-30, expone especificaciones de performance sobre las mediciones y resultados obtenidos, pero no es una especificación de diseño del instrumento. Tampoco fija los umbrales de las magnitudes a medir. Distingue dos categorías de instrumento que denomina Clase A y Clase B. La Clase A se reserva a solución de litigios contractuales, verificación del cumplimiento de otros estándares, etc, en donde una baja incertidumbre es mandatoria. Cualquier medida proveniente de dos instrumentos clase A debe arrojar resultados concordantes dentro de la incertidumbre especificada en cada parámetro. Los instrumentos correspondientes a la clase B, son de mayor incertidumbre y su aplicación es en relevamientos estadísticos (campañas de medición) y la solución de problemas generales en la red. Esta primera entrega aborda los requerimientos para la medición de FLICKER en sistemas 50/60Hz.


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El medidor de parpadeo según la norma CEI 868.

Las normas CEI 868 y CEI 868-0 afectan a las especificaciones funcionales y de

diseño de un aparato destinado a la medida del nivel de parpadeo a partir de la

tensión en un punto de la red, cualquiera que sea su forma de onda. Es el medidor de

parpadeo, en inglés ‘flickermeter’.

El diagrama de bloques

En la Ilustración 7 se puede ver el diagrama de bloques de un medidor de

parpadeo según la norma CEI 868. Los distintas partes bloques de dicho medidor

esencialmente son:

• Transformador de Entrada. El transformador se emplea para adaptar y

aislar los niveles de tensión de entrada (red eléctrica) a los admisibles por la

circuitería del medidor.

• Bloque 1: Adaptación de la tensión de entrada y circuito de chequeo.

Este bloque tiene un generador de señal para calibración del equipo “in

situ”: Contiene, además, otro circuito en el que se adapta el nivel de tensión

del secundario del transformador de entrada, a un nivel de referencia. De

esta forma se consigue que las medidas no dependan de los valores de

tensión existentes en el punto en el que se realiza la medida.

• Bloque 2: Demodula. El objetivo de este bloque es el de obtener una señal

que represente las fluctuaciones lumínicas del sistema de alimentación. Se

simula el comportamiento de una lámpara de incandescencia sometida a

fluctuaciones en la tensión de alimentación.

• Bloque 3: Filtros de simulación del ojo. En este bloque se disponen de dos

filtros en cascada que simulan el comportamiento del ojo ante fluctuaciones

en la iluminación. A continuación (o antes) de los filtros, hay un bloque que

es el encargado de ajustar el rango de medida.

• Bloque 4: Simulación del cerebro. Este bloque se compone de una fase en la

que se eleva al cuadrado la señal de entrada, seguido de un filtro paso bajo

de 1er

orden. La salida de este bloque representa la sensación de parpadeo

instantánea a la que está sometido un observador medio.

• Bloque 5: Análisis estadístico en línea. Este bloque tiene como salida un

valor o una serie de ellos que son una medida cuantitativa de la severidad de

parpadeo. Estos resultados se obtienen a partir de un histórico de la

evolución de la sensación de parpadeo instantáneo. Este análisis puede

hacerse fuera de línea, y es por lo tanto necesario almacenar los valores


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instantáneos del parpadeo (ver salida del bloque 4 en la Ilustración 7).

Según el período de

Mediante los bloques descritos se pretende que a partir de las fluctuaciones de la tensión de la red en un determinado punto, se detecten sus variaciones de amplitud. A partir de estos valores se simula su efecto en un lámpara eléctrica tomada como referencia y se da un valor de salida que represente la sensación visual que podría experimentar un observador medio. Este comportamiento permite su empleo para la medida de las fluctuaciones de tensión, cualquiera que sea la forma de onda de las mismas, y así, poder comprobar si se está dentro de los límites establecidos por la norma CEI 555-3.


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Reducción del parpadeo (flicker) Cuando la severidad de parpadeo en una instalación supera los límites admisibles estipulados en la normativa, o al menos adquiere valores preocupantes, resulta deseable reducir la amplitud de las fluctuaciones rápidas de tensión asociadas. Tal reducción se puede limitar por medio de diversas estrategias, que pueden agruparse en dos grandes familias: Aumento de la potencia de cortocircuito (con relación a la potencia de carga) en el

punto de conexión al cual está acoplada una carga fluctuante. En la práctica, esto significa: conectar la carga a un nivel de tensión nominal más alto; - alimentar este tipo

de cargas a través de líneas independientes, dedicadas; - aumentar la potencia nominal del transformador que alimenta a la carga fluctuante; - separar las líneas de alimentación de las cargas fluctuantes de las que alimentan a cargas sensibles mediante su conexión a arrollamientos separados del secundario de un transformador de tres arrollamientos;

instalar condensadores en serie (lo cual implica precauciones en su dimensionamiento para evitar inconvenientes durante transitorios, como los cortocircuitos en el sistema).

Reducción de las variaciones del flujo de potencia reactiva en el sistema por medio

de la instalación de compensadores/estabilizadores dinámicos, basados en electrónica de potencia.

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