UNIVERSIDAD SANTO TOMS ESP. INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL - ELECTRNICA INDUSTRIAL-INFORMETITULO DE LA PRCTICA: DISCRIMINACIN DE POTENCIA IEEE 1459

Integrantes:

ANDRS AVENDAO ANDRS NUMPAQUEJEVIS YAMID CARO

OBJETIVO: Realizar la medicin de los niveles de THD presentes en las ondas de tensin y corriente

Justificacin:

El fin educativo que tiene el laboratorio de Distorsin Armnica es mostrar que un sistema de energa sea de 60 Hz pueden aparecer otros armnicos inesperados, donde se pueden ver afectados cargas sensibles a estos cambios. Dndose a conocer tambin que ciertos elementos como bombillos, fuentes, etc. Introducen una distorsin al sistema. (J. A. Surez, 2005)

La calidad de energa de los sistemas de alimentacin es un tema realmente importante puesto que ellas encontramos contaminacin armnica y distorsiones generadas por dispositivos electrnicos modernos tales como computadores, variadores, fuentes las cuales pueden generar, mal funcionamiento o daos en la carga.

Tener una muy buena fuente de energa es muy importante para nuestros equipos de all la importancia monitorearidentificar y analizar los sistemas y sus componentes armnicos para as mejorar los sistemas de alimentacin. En la actualidad las definiciones de las potencia actica, reactiva y aparente ignoran las componentes de armnicos, siempre y cuando las formas de onda de voltaje y corriente son casisinoidales

Equipos y Material utilizado.

Circutor CVM-NRG 96 Motor elctrico de 220Vac Lmparas LED Lmparas incandescentes de 220/110Vac Fuente de poder para PLC de 220Vac 24Vdc Equipo de computo Proteccin elctrica trifsica

Marco Terico

En la actualidadse cuenta con la norma IEEE1459 [1] la cual nos brinda pautas para el tratamiento y medicin de potencia y energa,basada en la tensin e intensidad efectiva y una descomposicin de la potencia aparente efectiva que tiene tres componentes caractersticastilesa)separa la potencia aparente fundamental y sus componentes actica y reactiva de la potencia aparente fundamenta b) suministra una medida tildel grado de polucinarmnica a travs de la potencia aparente fundamental c) y suministra una medida del grado de desequilibrio a partir de la introduccinde la potencia aparente fundamental en desequilibrio.

Una definicin de potencia aparente que maneja la norma IEEE 1459 es la siguiente: mxima potencia que puede ser transmitida bajo condiciones ideales (sistema monofsico senoidal o trifsico equilibrado senoidal) con el mismo impacto de tensin (sobre el aislamiento y sobre las prdidas en vaco) y el mismo impacto de intensidad (o prdidas en la lnea) del sistema sobre la red. As, para determinar la potencia aparente segn la definicin establecida, debe determinarse una intensidad y una tensin equivalente de un sistema equilibrado de secuencia positiva que produzcan el mismo impacto sobre la red que las tensiones e intensidades del sistema

Partiendo de los conceptos bsicos de corriente y voltaje tenemos la siguiente relacin:

V = y I = [3.1.1]

La norma IEEE 1459 [1] define la potencia actica como:

P = P1 + Ph [3.1.2.3]

La potencia fundamental es definida como:

P1 = V1 * I1 * [3.1.2.4]

Donde Ph es la componente armnica de la potencia activa y est dada por:

Ph = [3.1.2.5]

La potencia activa fundamental es:

Q1 = V1 * I1 * [3.1.2.6]

La potencia aparente est definida como:

S = Vrms * Irms

La potencia aparente fundamental esta dada por:

S1 = V1 * I1 [3.1.2.7]

La potencia no fundamental determinada por la distorsin de voltajes y corrientes estas definida como:

Sn = [3.1.2.9]

La potencia no activa N puede ser definida como:

N = [3.1.2.14]

La potencia por distorsin de corriente D1 y la potencia por distorsin de voltaje Dv y la potencia aparente armnica Sh son definidas:

D1 = V1 * Ih , Dv = Ih * I1 , Sh = Vh * Ih [ 3.1.2.11 / 12]

El factor de potencia fundamental:

PF1 = P1 / S1 = [3.1.2.15]

Y el factor de potencia:

PF = P / S [3.1.2.16]

La distorsin armnica total (THDv) debido al voltaje y la distorsion armnica total (THDi) debido a la corriente estn definidas como:

THDv = Vh / V1 , THDi = Ih / I1 [3.1.2.1]

CARACTERSTICAS GENERALES DEL EQUIPO CIRCUTOR

Figura 1. Circutor CVM NRG96 Tomado de: http://circutor.com/docs/M98172501-01.pdf

Caractersticas Generales:

El analizador de panel CVM-NRG 96 es un es un instrumento de medida programable; ofrece una serie de posibilidades de empleo, las cuales pueden seleccionarse mediante mens de configuracin en el propio instrumento. Antes de poner en marcha el analizador lea detenidamente los apartados de: alimentacin, conexionado y programacin, y elija la forma de operacin ms conveniente para obtener los datos deseados. El CVM NRG 96 mide, calcula y visualiza los principales parmetros elctricos de redes industriales trifsicas equilibradas o desequilibradas. La medida se realiza en verdadero valor eficaz, mediante tres entradas de tensin alterna y tres entradas de corriente, para la medida de lossecudarios5 A, procedentes de lostoroidalesde medida exteriores. Mediante su procesador, la central de medida permite analizar simultneamente:El CVM-NRG96 permite la visualizacin de todos los parmetros elctricos mostrados con anterioridad, mediante sudisplayLCDretroiluminado, visualizando 4 parmetros elctricos instantneos, mximos o mnimos en cada salto de pantalla. Otras caractersticas: Instrumento de dimensiones reducidas (96x96x50). Medicin en verdadero valor eficaz. Valores instantneos, mximos y mnimos de cada parmetro. Funcin medidor de energa. - 1GWhen energa consumida. - 100MWhen energa generada.DisplayLCD retro-iluminado. Comunicacin RS485(ModbusRTU) incorporado.Instalacin del equipo Antes de la alimentacin del equipo, deben comprobarse los siguientes puntos:

a) Tensin de alimentacin. b) Tensin mxima en el circuito de medida. c) Corriente mxima admisible. d) Caractersticas del transistor (salida digital). e) Condiciones de trabajo. f) Seguridad. A. Tensin de alimentacin:

Versin Estndar:

Alimentacin:230 Vc.a.- Frecuencia: 50-60 Hz - Tolerancia alimentacin: -15% / +10% Regleta conexin : Bornes 1-2 (PowerSupply) - Consumo del equipo : 5 VA Versin Plus: Alimentacin : 85265 Vc.a.// 95300 V c.c. - Frecuencia : 50-60 Hz - Regleta conexin : Bornes 1-2 (PowerSupply)

Tensin mxima en el circuito de medida: Tensin: 300 V c.a. fase-neutro 520 V c.a. fase-fase Frecuencia: 4565 Hz C. Intensidad mxima admisible: Intensidad: Transformadores exteriores de In /5A. D.Caractersticas transistor (salida): Tipo NPN Transistor Opto-aislado/Colector Abierto - Tensin mxima de maniobra: 24 V.d.c. - Intensidad mxima de maniobra: 50 mA - Frecuencia mxima: 5 pulsos / segundo - Duracin pulso: 100 ms E. Condiciones de trabajo:-Temperatura de trabajo : -10 C /+50C Humedad relativa : 5 a 95 % HR (sin condensacin) - Altitud : hasta 2.000 metros F. Seguridad: - Diseado para instalaciones categora III 300 V c.a. (EN 61010). - Proteccin al choque elctrico por doble aislamiento clase II. Instalacin La instalacin del equipo se realiza en panel (taladro panel 92+0.8 x 92+0.8 m.m.DIAGRAMA DE CONEXIONES REALIZADO

Figura 2. Diagrama de conexin implementado Tomado de: http://circutor.com/docs/M98172501-01.pdf

RESUMEN PARMETROS MEDIDOS

Tabla 1. Resumen parmetros medidos Motor Trifsico

LINEACorriente (A)Voltaje (V)Potencia Activa (W)THDiTHDv

11.073123.60.0272.62.5

21.053122.60.0243.03.0

31.077122.60.0232.02.6

Tabla 2. Parmetros medidos Bombillas LED

LINEASVoltaje (V)Corriente (A)Factor de PotenciaTHDiTHDvPotencia Activa P (KW)Potencia ReactivaQ (VAr)AnguloCos Frecuencia f(Hz)

L1124.40.168-0.65103.52.50.012-0.005-0.9360

L2123.40003.000

L3123.40002.500

N0.169

Tabla 3. Resumen parmetros medidos PLC (Controlador Lgico Programable).

LINEASVoltaje (V)Corriente (A)Factor de PotenciaTHDiTHDvPotencia Activa P (W)Potencia ReactivaQ (VAr)AnguloCos Frecuencia f(Hz)

L1123.00.131-0.51146.52.60.0080.015-0.8960

L2122.20003.00000

L3122.40002.40000

N0.130

Tabla 4. Resumen parmetros medidos CPU + Monitor

LINEASVoltaje (V)Corriente (A)Factor de PotenciaTHDiTHDvPotencia Activa P (W)Potencia ReactivaQ (VAr)AnguloCos Frecuencia f(Hz)

L1123.40.628- 0.9040.92.60.0700.077-0.9960

L2122.40002.90000

L3122.40002.30000

N00.6200000000

ANLISIS Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACIN (MEMORIAS DE LOS CLCULOS REALIZADOS)

Se tienen los siguientes datos sobre una bombilla ahorradora de 30 W medidos en el laboratorio ETM5.Tensin de alimentacin fundamental: 118.5VFactor de potencia fundamental: 0,6THDi: 58%THDv: 4.5%

Partimos de definir cada uno de los parmetros que se entregan para el desarrollo del ejercicio, por tanto se definen parmetros de la siguiente manera:

a. Calcular la potencia aparente de la componente fundamentalComo primera medida se define el factor de potencia Total a partir de la siguiente condicin y nota definida en la IEEE 1459 as:

NOTA 4 - Cuando THDV < 5 % y THDI > 40 %, es conveniente utilizar la siguiente expresin:

(1)

Por lo que:

(2)< 5% (3)

(4)

Es as que a partir de la Ecuacin General, que define a la potencia aparente como el resultado entre el cociente de la Potencia activa y el Factor de Potencia Total as: (5)

Es as que se plantea que:

(6)

Ahora despejamos :(7) (8) (9)

(10)

Ahora reemplazamos para hallar

(11)

(12)

(13)

De esta manera al obtener , procedemos a hallar de la siguiente expresin: (14) (15) (16)

(17)Por lo tanto para hallar la potencia aparente de la componente Fundamental ser

(18)

b. Calcular la potencia aparente de las componentes armnicas

Tenemos que: (19)

De la expresin ; despejamos y hallamos: (20)

v Ahora, den la expresin ; despejamos y hallamos: (22)

(23)

Y procedemos a encontrar la potencia aparente de las componentes armnicas as: (24)

c. Potencia debida a la distorsin por corriente

La potencia debida a la distorsin por corriente se define como ; por tanto: (26)

d. Potencia debida a la distorsin por voltaje

La potencia debida a la distorsin por voltaje se define como ; por tanto: (28)

(29)

CONCLUSIONES

Para los elementos de iluminacin (bombillas) analizados y medidos en laboratorio podemos inferir que al aumentar la magnitud de corriente lineal, el factor de distorsin de Corriente THDi disminuye notablemente evidenciando un cambio importante en el anlisis de los niveles de THD presentes en las ondas de tensin. De igual forma, al presentarse un aumento del nivel de THDi y se evidencia la diminucin considerable de a corriente de operacin del sistema.

Al hacer uso de un elemento resistivo como carga para el anlisis de THD en las ondas de corriente y voltaje, podemos concluir que todo elemento puramente resistivo disminuye el factor de distorsin THDi de manera notable ya que el factor de potencia ser igual a 1.

Durante la prctica de conexin como carga el equipo de cmputo (CPU y monitor) el factor de distorsin de corriente THDi es de 40.9 % con una corriente de 0.628 A, al eliminar la carga que ejerce el monitor en el sistema el valor de corriente es de 0.544 A, pero el factor de distorsin de corriente THDi es de 24.1%, dejando notar que el monitor aumenta el THDI al doble por sus propiedades intrnsecas de inductancias y capacitancias, sin establecer cambios significativos en la corriente.

Para el caso del motor se puede determinar que los niveles de distorsin de THDi y THDv, se encuentran asociados directamente a las impedancias y reactancias inductivas que se generan a la red de alimentacin por la cantidad de impulsos que generan al consumir corriente en cada uno de los bobinados propios del motor, dejando claramente descrito que las cargas inductivas son un gran generador de niveles de distorsin a la red y que contribuyen a la baja calidad de energa suplida por la red.

Con la prctica de laboratorio desarrollada, tambin se puede inferir que la mayora de productos electrnicos, como los computadores personales, bombillas con dispositivos internos como condensadores y bobinas y motores con algn tipo de regulacin y dems equipos electrnicos que se encuentran en la actualidad, son los ms grandes contribuyentes de armnicos y distorsin a la red.

Desde la norma IEEE 519 se puede determinar los lmites de distorsin de tensin, como una medida innovadora y eficaz en la regulacin de la responsabilidad de quien suministra energa y de quien se abastece de ella, recomendando la correccin del factor de potencia para la limitar el impacto que generan los armnicos en equipos y sistemas elctricos.

INVESTIGACIN

Investigar y presentar un anlisis sobre el concepto de medicin inteligente de energa ( Smart Meters) ( referenciar documentos)En la actualidad existen en los hogares contadores, ya sea de gas, agua y electricidad, los cuales nos dan un valor que corresponde al consumo mensual de cada hogar, donde nos vemos obligados como usuarios a pagar dicho valor. Las empresas prestadoras de servicios son las que deben estar pendientes de nuestro consumo y se ayudan de los medidores que son instalados en cada vivienda, donde tienen que ir casa por casa tomando los valores de los medidores, as como de velar por un constante suministro y avisando si se va a suspender por mantenimientos, como tambin son las encargadas de actualizar las tarifas. Aqu es donde los sistemas Smart Meters entran en accin los cuales se encargan como los anteriores en proporcionar un valor de consumo de cada hogar pero tienen la ventaja de ser digitales, comunicacin remota, ayudas al usuario, actualizacin de tarifas; los sistemas digitales Smart Meters facilitan a las empresas la lectura de cada hogar remotamente y no gastaran tiempo yendo de casas en casa tomando la lectura, tambin son capaces de encontrar, si las hay, robo de energa e informar rpidamente a la empresa sobre este problema. (Cidei)

Interpretar la norma IEEE 519 para determinar los lmites de distorsin en corriente de un sistema de alimentacin elctrico.

Con esta recomendacin busca establecer los parmetros en un sistema elctrico y se establecen los principios de las distorsiones de onda para poder as disear un sistema elctrico con cargas lineales y no lineales. Las cargas no lineales como los focos ahorradores cambian la naturaleza de la onda sinusoidal de la corriente de alimentacin AC, esto produce un flujo de corrientes armnicas que son introducidas al sistema de distribucin y con otros equipos principalmente electrnicos, esta interferencia tambin se puede producir en las residencias[footnoteRef:1] [1: NORMA IEEE 519 1992, Recomendaciones Prcticas y Requerimientos de la IEEE para el Control de Armnicos en Sistemas Elctricos de Potencia,p.1]

BIBLIOGRAFA

IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced or Unbalanced Conditions, IEEE Std 1459- Feb 2010.Manual Equipo Circutor CVM NRG96 Tomado de: http://circutor.com/docs/M98172501-01.pdf.Cidei. (s.f.). Obtenido de cidei: http://cidei.net/smart-meters-tecnologia-avanzada-para-la-medicion-del-consumo-energetico-en-los-hogares/J. A. Surez, G. F. (5 de 2005). IEEE. Obtenido de http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1642439