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EVALUACIN DE LA CALIDAD DE LA POTENCIA ELCTRICA (CPE) ANTEEVENTOS DE CORTA DURACIN EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN
(METODOLOGA PARA APLICACIN EN EL SDL DE EEPPM)
RAMN HCTOR ORTIZ TAMAYO, IE, Esp. T & D
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANAESCUELA DE INGENIERASFACULTAD INGENIERA ELCTRICA
MEDELLN2006
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EVALUACIN DE LA CALIDAD DE LA POTENCIA ELCTRICA (CPE) ANTEEVENTOS DE CORTA DURACIN EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN
(METODOLOGA PARA APLICACIN EN EL SDL DE EEPPM)
RAMN HCTOR ORTIZ TAMAYO, IE, Esp. T & D
Trabajo de grado para optar al ttulode Maestra en Ingeniera
DirectorGERMN MORENO, IE, PhD
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANAESCUELA DE INGENIERAS
FACULTAD INGENIERA ELCTRICAMEDELLN
2006
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Nota de aceptacin
____________________
____________________________________________________________
____________________Presidente del Jurado
____________________Jurado
____________________Jurado
Medelln, 14 Agos to d e 2006
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DEDICATORIA
A Sandra Mara Hernandez Ortiz y Ana Mara Ortiz Hernandez
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos:
Al Doctor Eugenio Betancur Escobar por su paciencia, dedicacin, acompaamiento y
concejos para que este trabajo se lograra culminar.
Al Doctor Germn Moreno Ospina que con el estudio de este trabajo y sus
conocimientos permitieron obtener mejores resultados.
Al Ingeniero Leonardo de J. Cardona Correo por sus profundos consejos tcnicos.
Al Ingeniero Will Henry Zapata Castrilln por sus aportes concretos y certeros.
A los Ingenieros Claudia Marcela Gmez Giraldo y Cesar A gusto Cardona Serna, por
su ayuda y empuje al inicio del proyecto.
Al Ingeniero Alejandro Sieguert Escobar por su innato talento al servicio de este
trabajo.
A la Ingeniera Ana Mara Aristizabal Lpez por sus incansables aportes, ayudas y
colaboraciones para que este trabajo culminara.
A los Ingenieros Diego Len Palacio Palacio y Delio Humberto Sierra vila por
animarme a continuar y terminar este trabajo.
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CONTENIDOINTRODUCCIN. 21
1. ANTECEDENTES: NECESIDAD DE EVALUAR LA CALIDAD DE LA
POTENCIA ELCTRICA (CPE) EN UN SDL. 24
1.1. GENESIS E IMPORTANCIA DEL PROBLEMA. 24
1.2. CLASIFICACIN DE EVENTOS PERTURBADORES. 25
1.3. EL PROBLEMA DE LA CPE EN COLOMBIA. 31
1.4. DEFINICIN DE LA CPE. 31
1.5. OBJETIVOS DE PLANEACIN DE LA PRESENTE INVESTIGACIN. 34
1.6. FORMULACIN, JUSTIFICACIN Y BENEFICIOS. 36
1.7. CONCEPTOS GENERALES DE LA CPE. 37
1.8. ALCANCES DE LA INVESTIGACIN. 40
1.9. PROCEDIMIENTO SEGUIDO. 42
2. TEORA DE LA CPE. 43
2.1. INTRODUCCIN. 43
2.2. FUENTES DE SAGS E INTERRUPCIONES. 43
2.2.1. Descargas Atmosfricas. 43
2.2.2. Cortocircuitos. 45
2.2.3. Suicheos. 45
2.2.4. Arranque de motores. 46
2.3. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE PROTECCION ANTE LOS EVENTOS
DE CORTA DURACIN POR PARTE DE LOS USUARIOS FINALES. 46
2.4. CURVAS DE SENSIBILIDAD. 47
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vii
2.5. NORMALIZACIN INTERNACIONAL Y REGULACIN NACIONAL. 49
2.5.1. Normalizacin Internacional. 49
2.5.2. Regulacin y reglamentacin nacional. 50
2.6. EVALUACIN DE LA CPE EN UN SDL. 51
3. MODELACIN PARA LA SIMULACIN ESTOCSTICA DE LA CPE EN UN
SDL PARA TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN. 53
3.1. REQUERIMIENTOS DE UNA MODELACIN. 53
3.1.1. Introduccin. 53
3.1.2. Mtodos de valoracin de calidad de la potencia. 54
3.2. MODELACIN SIMULADA MEDIANTE ATP DE UN SDL EN
TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN. 55
3.2.1. Mtodo de posicionamiento de fallas. 55
3.2.2. reas de vulnerabilidad. 56
3.3. SOFTWARE EMPLEADO PARA PARA LA SIMULACIN ESTOCSTICA
DE LA CPE EN UN SDL EN TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN. 58
3.4. ASPECTOS TCNICOS DE UN SDL, EN TRANSMISIN Y
SUBTRANSMISIN, PARA SER IMPLEMENTADOS EN ATP. 59
3.4.1. Componentes del sistema. 60
3.5. METODOLOGA PARA LA MODELACIN EN ATP DE UN SDL, EN
TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN Y CARACTERIZACIN DE LA CPE.
73
3.6. DISEO DEL MAPA FSICO Y DEL ESQUEMTICO EN ATP PARA LA
CARACTERIZACIN DE LA CPE EN UN SDL PARA TRANSMISIN Y
SUBTRANSMISIN. 74
3.7. SIMULACIN DE FALLAS EN EL MODELO DEL SDL, EN TRANSMISIN
Y SUBTRANSMISIN, PARA LA CARACTERIZACIN DE LA CPE. 75
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3.7.1. Falla monofsica. 76
3.7.2. Falla bifsica a tierra. 77
3.7.3. Falla monofsica en una lnea conecta a una delta de un transformador. 78
3.7.4. Falla trifsica en una lnea de 220kV. 79
3.8. EVALUACIN DEL ERROR DEL SISTEMA SIMULADO DEL SDL PARA
TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN. 79
3.9. RESULTADOS TILES PARA LA EVALUACIN Y PARAMETRIZACIN
DE LA CPE ANTE EVENTOS DE CORTA DURACIN EN UN SDL. 80
4. SISTEMATIZACIN DEL MODELO TOPOLGICO DEL SLD Y
OBTENCIN DE RESULTADOS PARA TRANSMISIN YSUBTRANSMISIN. 82
4.1. SUBRUTINAS DEL PROGRAMA POSS. 85
4.1.1. Subprograma RUNLINES. 85
4.1.2. Subprograma RUNNODES. 91
4.2. RESULTADO MUESTRAL OBTENIDOS DEL PROGRAMA. 95
4.3. OBTENCIN DE RESULTADO DE TRANSMISION 91
4.3.1. Magnitud 91
4.3.2. Duracin 92
4.3.3. Frecuencia 94
4.3.4. Compilacin 96
4.4. EVALUACIN DE LA INFORMACIN. 98
5. PROCEDIMIENTO GENERAL DE LA MODELACIN DEL SDL PARA
DISTRIBUCIN. 99
5.1. METODOLOGA PARA LA MODELACIN DE UN SDL, EN DISTRIBUCION
Y CARACTERIZACIN DE LA CPE. 99
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5.1.1. Magnitud 100
5.1.2. Duracin 105
5.1.3. Frecuencia 106
5.1.4. Compilacin 108
5.2. EVALUACIN DE LA INFORMACIN. 111
6. RESULTADOS. 112
6.1. PRESENTACION DE RESULTADOS FINALES DEL ESTUDIO DE LA
CALIDAD DE LA POTENCIA. 112
6.2. RESULTADOS DE TRANSMISIN 116
6.2.1. Magnitud de voltajes sags por rea. 117
6.2.2. Funciones de densidad de los voltajes sags. 118
6.3. RESULTADOS DE DISTRIBUCION 121
6.4. RESULTADOS GENERALES 121
6.5. EVALUACIN DE LA INFORMACIN. 122
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 124
7.1. CONCLUSIONES 124
7.2. RECOMENDACIONES 124
8. BIBLIOGRAFIA. 126
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LISTA DE TABLASTabla 1. Clasificacin segn la IEEE 1159 [1995] de los eventos sobre una
onda de tensin. 26
Tabla 2. Unidades de resistencia e inductancia en las cargas dependiendo delvalor de XOPT. 60
Tabla 3. Porcin del archivo Nodeline.txt. 86Tabla 4. Cdigo fuente en MATLAB de la subrutina runlines. 90Tabla 5. Archivo Nodosse.txt. 92Tabla 6. Cdigo fuente en MATLAB de la subrutina runnodes. 94Tabla 7 Tiempos tpicos de actuacin de los rels de distancia a 220 kV y a
110 kV que se utilizan en EEPPM. 93Tabla 8 Tiempos tpicos de actuacin de interruptores de potencia a 220 KV y
a 110 KV que se utilizan en EEPPM. 94Tabla 9 Numero de fallas para cada tipo de falla en las lneas de transmisin
de EEPPM (115 kV y 230 kV). 95
Tabla 10. Porcentaje de fallas para cada tipo de falla en las lneas detransmisin de EEPPM (115 kV y 230 kV). 95
Tabla 11. Tabla de densidad de los voltajes SAGs para rangos de duracinmodificados. 113
Tabla 12. Ejemplo de una tabla de funcin de densidad de los voltajes Sags.118Tabla 13. Ejemplo de una tabla de voltaje sag acumulado. 119Tabla 14. Formato de la Norma Sudafricana NRS 048-2 [1996] con los datos
resultantes de la evaluacin de la CPE ante eventos de corta duracin
en un SDL. 125
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LISTA DE FIGURASFigura 1. Representacin grfica de la clasificacin segn la IEEE 1159 [1995]
de los eventos sobre una onda de tensin. 30Figura 2. Conceptos de CPE. 38Figura 3. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
42Figura 4. Falla en un sistema debido al flameo de un aislador. 44Figura 5. Sagocasionado por el arranque de un motor. 46Figura 6. Curva CBEMA obtenida de un equipo de monitoreo de CPE. 48Figura 7. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
52Figura 8. Correlacin de la compatibilidad electromagntica en CPE. 55Figura 9. Sistema de transmisin dividido en reas de vulnerabilidad. 57Figura 10. Conexin de las cargas a los transformadores del modelo. 60Figura 11. Formato de los datos de entrada de las fuentes en ATP. 61Figura 12. Formato de los datos de entrada de los interruptores en ATP. 63Figura 13. Modelo del equivalente empleado para la simulacin. 66Figura 14. Requerimientos de entrada para el modelo PI, por medio de la
subrutina Line/Cable. 68Figura 15. Requerimientos para la entrada de datos del modelo PI. 69Figura 16. Modelo de una lnea trifsica con cable de guarda. 70Figura 17. Requerimientos para la entrada de datos del modelo PI, de una lnea
en haz de conductores. 71
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Figura 18. Disposicin fsica de un haz de conductores. 71Figura 19. Voltaje Sag experimentado por un usuario conectado en el lado de
13.2 kV de un transformador cercano a una falla monofsica. 76
Figura 20. Voltaje Sag experimentado por un usuario conectado en el lado de13.2 kV de una subestacin lejana a una falla monofsica. 77
Figura 21. Voltaje Sag experimentado por un usuario conectado en el lado de13.2 kV de una subestacin lejana a la falla, ocasionado por una falla
bifsica a tierra. 77Figura 22. Voltaje Sag que se presenta en una lnea de 220kV paralela a la
fallada. 78Figura 23. Tensin en la barra de la subestacin, ocasionada por una falla en la
delta de un transformador. 78Figura 24. Voltaje Sagexperimentado en 13.2kV de un transformador conectado
a una subestacin lejana a la falla. 79Figura 25. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
81Figura 26. Evaluacin indirecta de la CPE. 84Figura 27. Diagrama de flujo del programa RUNLINES. 89Figura 28. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
98Figura 29. Circuito simulado para el clculo de la magnitud del Sag con redes de
secuencia para un transformador bidevanado. 103Figura 30. Circuito simulado para el clculo de la magnitud del Sag con redes de
secuencia para un transformador tridevanado. 104Figura 31. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
111Figura 32. Histograma de densidad de los voltajes SAGs para rangos de
duracin modificados. 115
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Figura 33. Carta de coordinacin de los voltajes sags. 115Figura 34. Ventanas de eventos de corta duracin de voltaje segn la norma
sudafricana NRS 048-2:1996. 116
Figura 35. Magnitud de los voltajes Sags por rea. 117Figura 36. Ejemplo de un diagrama de barras tridimensional de la funcin de
densidad de los voltajes sags. 119Figura 37. Diagrama de barras de sags acumulados. 120Figura 38. Carta de contornos de coordinacin de voltajes sags sobrepuesto con
curvas ITIC y SEMI. 120
Figura 39. Ejemplo de resultado en niveles de voltaje de distribucin energa. 121Figura 40. Evaluacin de la CPE para un SDL utilizando la norma NRS 048-2.122Figura 41. Resultados totales de acuerdo a la Norma NRS 048-2. 122Figura 42. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
123
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RESUMENEste trabajo presenta un mtodo indirecto de evaluacin de la CPE (basado en
mediciones Bases de Datos - ms simulaciones determinsticas ms evaluaciones
estadsticas) para eventos de corta duracin en un SDL. Con el mtodo se puede
medir y predecir la severidad de eventos de corta duracin que pueden afectar cargassensibles, determinando cuantas veces por ao estos equipos pueden disparase En
sntesis se puede definir al mtodo como una evaluacin estocstica de eventos de
corta duracin, aplicable en un proceso de obtencin o planificacin global de un SDL.
La metodologa constituye un instrumento de planeacin que se aplica a un modelo de
un SLD, que cumple con los requerimientos necesarios para desarrollar el estudio de
los diferentes eventos de corta duracin que afectan la CPE de los usuarios de este
sistema elctrico.
1. El primer paso ha consistido en modelar el Sistema de Distribucin de EPM y del
entorno nacional en un programa especializado de anlisis, el ATP para el SDL
de transmisin. (Alternative Transient Program) Este programa se seleccion por
la disponibilidad de utilizacin libre de este programa de ingeniera, adems se
puede sealar que con la utilizacin de este programa se marca un punto de
referencia, debido al tamao del modelo del sistema que se model en el ATP
se presentaron restricciones que fueron subsanadas con una depuracin del
modelo en todos sus componentes, adems se sugiere una mueva metodologaen el manejo de las fallas en las lneas.
2. El segundo paso es la obtencin de prototipos y simulacin de estos para
distribucin, utilizando modelos bsicos que permitan ser generalizados para
cualquier SDL, debido a la simplicidad de estos comparados con los modelos de
transmisin, estos fueron generados en Excel.
3. Posteriormente se utiliz un modelo estocstico el cual consiste en primera
instancia en modelar un sistema de distribucin el segundo paso consiste en
generar todos o la gran mayora de eventos de corta duracin de la CPE que se
puedan presentar en estos sistemas sobre toda la topologa modelada el tercer
paso fue la verificacin de los voltajes en todos los nodos con la presencia de
estos eventos o fallas, el cuarto paso fue la agrupacin de estos eventos
basados en su real ocurrencia, lo cual se hizo mediante bases de datos de
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eventos o fallas reales del sistema bajo anlisis el quinto paso fue una
agrupacin en el tiempo de ocurrencia, segn las velocidades de las
protecciones utilizadas en el sistema real. De esta evaluacin se obtiene como
resultado una gran cantidad de eventos clasificados, los cuales dan un
comportamiento global de los nodos que conforman el sistema. Con este
proceso se determina el comportamiento del sistema permitiendo la posibilidad
de obtener ndices vlidos de la simulacin estocstica que se describe a
continuacin.
4. Es importante resaltar que para el modelo topolgico de transmisin, se tiene
que cumplir con unas condiciones de orden y estructura indispensables para la
evaluacin masiva que se quiere realizar. Esta evaluacin no se puede hacer
manualmente, por lo que en una tercera fase se utiliz un programa externo, que
en este caso fue el Matlab, el cual controla al ATP modificando la estructura delmodelo, haciendo un corrimiento o viaje de la falla sobre toda la topologa y
obteniendo como resultado una base de datos de voltajes en los diferentes
nodos del modelo. Esta tarea se realiza de manera sistematizada para que el
modelo estocstico sea viable en transmisin.
De este proceso fundamental de emulacin se obtiene resultados ordenados de
acuerdo al comportamiento elctrico del sistema, los cuales son fundamentos para la
obtencin de indicadores de eventos de corta duracin que permitan evaluar la CPE
de un SDL.
As se tendr el primer elemento (comportamiento de la fuente) para determinar, de
manera indirecta la compatibilidad electromagntica entre la carga y la fuente,
permitindole a los agentes tener ndices de CPE, redundando como producto final
en una mayor y mejor capacidad de produccin industrial para el usuario, e
igualmente le permitir a las empresas de servicios, incrementar sus indicadores por
medio de optimizaciones en las redes con base en mejores mantenimientos
correctivos, preventivos y predictivos, adems de direccionar mejor las posibles
inversiones requeridas sobre las redes.
Con este trabajo se propone entonces un instrumento bsico de planeacin y diseo
fundamentado en la simulacin, dirigido hacia operadores de red, no solamente
constituido por mediciones, sino por una estimacin de la CPE como un valor
integral que abarca todo el sistema.
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GLOSARIO.ACOPLAMIENTO: Elemento(s) de circuito, que puedan ser considerados comunes a
la entrada y salida de un sistema a travs de los cuales, la energa elctrica puede
ser transferida de uno a otro.
APANTALLAMIENTO: Proteccin de equipos y elementos contra descargas
atmosfricas directas.
ATERRIZAMIENTO (Puesta a tierra): Tiene como misin derivar corriente hacia la
tierra, o bien, establecer contacto con ella las corrientes involucradas pueden ser de
naturaleza estacionaria, casi estacionaria, de alta frecuencia o electro magntica en
forma de impulsos, corrientes que pueden ser originadas durante el funcionamiento
de un sistema tcnico o causados por un fenmeno natural.
CAIDA O HUECO DE TENSIN (Sags): Disminucin del valor RMS de la seal de
tensin entre 0,1 y 0,9 p.u. a frecuencia industrial y con duracin entre 0,5 ciclos y 1
minuto.
CALIDAD DE LA POTENCIA ELCTRICA (CPE): Es un conjunto de caractersticas
fsicas de las seales de tensin y corriente para un tiempo dado y un espacio
determinado con el objeto de satisfacer las necesidades de los clientes.
COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNTICA: La capacidad de un dispositivo, equipo
o sistema para funcionar satisfactoriamente en su ambiente electromagntico sin
introducir perturbaciones electromagnticas intolerables a su ambiente.
CREG: Comisin reguladora de energa y gas.
CURVA CBEMA: Curva que representan la capacidad de los computadores para
soportar las perturbaciones de tensin en trminos de su magnitud y duracin.
Desarrollada por la Computer Business Equipment Manufacturer Association
(CBEMA). Esta curva ha sido extendida a equipos diferentes para la cual fue
concebida, se mantiene la premisa de la base computacional.
CURVA ITIC: Actualizacin de la curva CBEMA tal que proporciona una funcin
escalonada, metodologa ms simple de verificar la tolerancia de los equipos a
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soportar eventos de corta duracin, esta curva fue desarrollada por la Information
Technology Industry Council.
DESBALANCE DE TENSIN: Mxima desviacin del promedio de la tensin
trifsica dividido por el promedio de la tensin expresada en porcentaje.
EEPPM: Empresas Pblicas de Medelln
EMI: se refiere a la interaccin entre los campos magnticos y elctricos y los circuitos
y mecanismos electrnicos sensitivos
EQUIPOS SENSIBLES: Equipos o cargas los cuales experimentan fallas u
operaciones errneas debido a las variaciones de la fuente alimentadora.
ESD (Descargas Electrostticas): Acumulacin de energa en forma esttica hasta
alcanzar un umbral tal que por el establecimiento de un camino de retorno o tierra se
da la transferencia de esta energa comenzando con una descarga.
ESTADO ESTABLE: Un sistema de potencia est en una condicin de estado estable,
si las variables elctricas que caracterizan su operacin se pueden considerar
constantes para propsitos de anlisis.
FALLAS ASIMETRICAS: Son las acciones perturbadoras o fallas en el sistematrifsico de potencia, que originan desbalance entre las fases, perdiendo la simetra del
sistema.
FACTOR DE POTENCIA: Resultado de dividir la potencia activa real o media (kW) a la
potencia aparente (kVA) en un instante de tiempo.
FALLA: Se refiere generalmente a la mala operacin de un dispositivo o equipo que
perjudique el buen funcionamiento de un sistema.
FALLA DE EQUIPO: Una prdida en la operacin normal del equipo (seales de
datos discretos) debido a ruido, cadas o interrupciones.
FLUCTUACIN DE TENSIN: Una serie de cambios en la tensin o una variacin
cclica de la envolvente de la tensin.
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INMUNIDAD: Capacidad de un dispositivo, equipo o sistema para desempearse si
degradacin en presencia de disturbios electromagnticos.
INRUSH: Corriente de energizacin.
INTERRUPCIN: Decrecimiento de la seal a menos de 0.1 en p.u. para un periodo
de tiempo.
INTERRUPCIN MOMENTNEA: Un tipo de variacin de corta duracin. La
prdida total de la tensin (
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RECIERRE: Prctica comn en lneas areas, consistente en el cierre del interruptor
de una lnea de transmisin o distribucin despus de la apertura del mismo para
despejar una falla tomando ventaja de que muchas fallas son transitorias o
temporales.
RECIERRE INSTANTNEO: Un trmino comnmente aplicado al recierre rpido de
un interruptor en una red elctrica, despus de la corriente de interrupcin en
condiciones de falla. Tiempos tpicos de este recierre son de 18 a 30 ciclos.
REGULACIN DE TENSIN: El grado de control o estabilidad de la tensin RMS en
la carga.
RFI: Es la interaccin entre los campos de radio frecuencia radiados y conducidos y
datos sensitivos y equipos de comunicacin. En ocasiones se ha consideradoconveniente incluir RFI en la categora de EMI, pero una realidad son dos
fenmenos diferentes.
RUIDO: Seal elctrica indeseada con contenido espectral de banda amplia menor
de 200 kHz superpuesta a la tensin o corriente de los conductores de fase o en los
conductores de neutro, o conductores de seal.
SLD: Sistema de Distribucin Local.
SOBRETENSIN: Trmino utilizado especficamente para describir una variacin en
estado estable mayor a 1 minuto, cuyo valor es por lo menos 10% por encima de la
tensin nominal del circuito o sistema.
SUBIDAS O INCREMENTOS DE TENSIN (Swells): Incremento del valor RMS de la
seal de tensin entre 1.1 y 1.8 en p.u. a frecuencia industrial cuya duracin es mayor
a medio ciclo y menor o igual a 1 minuto.
TENSIN DE RECUPERACIN: Tensin que se presenta en los terminales de un
polo de un dispositivo de interrupcin de un circuito despus de una interrupcin de
corriente.
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TENSIN NOMINAL (Vn): El valor nominal del voltaje de un circuito o sistema tiene el
propsito de asignar su rango de tensin convenientemente para la operacin de los
equipos que sern instalados en estos. (p.e 208/120 V, 480/277 V).
TRANSITORIO: Fenmeno por el cual una de las caractersticas de una variable vara
entre dos estados estables consecutivos, durante un intervalo de tiempo que es corto
comparado con la escala de tiempo de inters. Un transitorio puede ser un impulso
unidireccional de cualquier polaridad o una onda oscilante amortiguada cuyo primer
pico puede ser de cualquier polaridad.
UPS (uninterruptible power supply): Dispositivo que ajusta una fuente de tensin de
donde se conecta una carga sensible, de tal forma que pueda seguir funcionando
durante un perodo de tiempo corto cuando la fuente de poder principal est fuera de
servicio o a sufrido una variacin de sus caractersticas.
VARIACIN DE FRECUENCIA: Incremento o decremento de la magnitud de la
frecuencia fuera de ciertos parmetros normalizados o regulados del sistema de
Potencia. La duracin de una desviacin de frecuencia puede ser de algunos ciclos o
de algunas horas.
VARIACIN DE CORTA DURACIN: Variacin de la tensin a frecuencia industrial.
VARIACIN DE LARGA DURACIN: Una variacin del valor RMS de la tensin, conrespecto al valor nominal de la misma, por un tiempo mayor de un minuto.
ZONAS CRITICAS: Zonas o reas de las diferentes curvas de sensibilidad en las
cuales se pueden producir eventos de corta duracin debido a anomalas en el
sistema bajo anlisis.
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INTRODUCCIN.
El producto de la Energa Elctrica, cada da requiere de mejores estndares, tal que la
compatibilidad electromagntica entre este producto y la carga sea ms alta, afectando en
menor proporcin la produccin industrial de las empresas, los servicios del comercio y el
normal transcurrir en las casas. Se concluye esto porque al sector elctrico se le est
exigiendo un mejor producto, que garantice unas condiciones de suministro de la potencia
tal que su forma de onda no afecte la carga que se est sirviendo. Es de resaltar que las
cargas igualmente susceptibles a los efectos en las variaciones de la CPE estn
aumentando su compatibilidad electromagntica, siendo cada vez menos susceptibles a
los eventos de perturbaciones en la forma de onda de tensin, como consecuencia se
tendr como resultado final, que el tema de la CPE aumentar en su importancia o su
frente de aplicacin cambiar.
Debido a la importancia actual del tema se han creado mltiples frentes de trabajo
alrededor de la CPE, entre los que podemos enumerar los siguientes: Normalizacin y
regulacin de las formas de onda que caracterizan el suministro de la energa elctrica,
equipos de investigacin en las empresas, consultoras y universidades, tal como se viene
haciendo en la Maestra en Ingeniera en T y D de la UPB, que realizan estudios
avanzados y concretos de CPE de aplicacin tanto para los entes reguladores, como la
CREG, como para todos los agentes del sector que lo requieran, mejoras en los equipos
que utilizan la energa elctrica de tal forma que su compatibilidad electromagntica
aumente, nuevos equipos de medida que permitan la evaluacin de la CPE suministrada
por las empresas de servicios o el efecto de la carga sobre las variables elctricas. Es de
resaltar en este punto que hay una clara tendencia para que el medidor de energa
elctrica no solo cuente esta energa, sino que tambin evale sus caractersticas
aprovechando de paso el estar situado muy cercano al punto de acople comn entre
fuente y carga o sea el sito adecuado para evaluar la compatibilidad electromagntica.Otros temas que han venido siendo desarrollados acerca de la CPE son: Equipos que
mejoran la fuente o compatibilizan carga y la fuente, nuevas teoras de evaluacin y
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estudio del tema tal como la caracterizacin de sistemas de potencia, procesamiento de
seales, entre otros.
En el tema de la caracterizacin de la CPE de un sistema para efectos operativos y deplaneacin y ms concretamente de un sistema de distribucin, existen varias
metodologas y dos claras tendencias: La evaluacin directa del comportamiento del
sistema bajo estudio, utilizando equipos de medida de las variables o caractersticas de la
CPE, el cual agrupa y ordena la informacin obtenida en bases de datos, permitiendo
deducir el comportamiento de estas variables y la evaluacin indirecta del
comportamiento va una evaluacin estocstica de las variables elctricas que afectan
este sistema y utilizando modelos digitales del sistema bajo estudio, permitan igualmente
deducir el comportamiento de la CPE.
Es claro y obvio que el primer mtodo es mucho ms preciso que el segundo porque
permite evaluar en forma directa las variables de la CPE, tambin es claro que este
mtodo requiere de mayor inversin, puesto que se necesita de tantos equipos como
puntos a evaluar, adems de un sistema de comunicacin gil, eficaz y veloz para
transmitir esta informacin (en muchos casos gran volumen de informacin), tambin se
requiere un centro de gestin que almacene, procese y evale la informacin obteniendo
como resultado el comportamiento del sistema o de los puntos bajo anlisis.
El segundo mtodo, de precisin menor pero aceptable y vlido para efectos de
planeamiento, requiere del uso de una base de datos que contenga la informacin del
comportamiento del SDL, o sea de los eventos que lo afectan, indispensable para el
cumplimiento de los requisitos regulatorios de calidad del servicio. Este es
definitivamente un mtodo de menor costo y por lo tanto muy preferido para la evaluacin
por parte de los ORs, igualmente es necesario conocer el comportamiento de las
protecciones de su sistema y por ltimo evaluar el comportamiento del sistema, utilizando
un modelo digital que lo simule con el mayor detalle posible. Para el caso de eventos de
corta duracin, el comportamiento aleatorio queda registrado en la base de datos de
eventos del sistema, se sabe que no queda registrado el 100% de los eventos, se obtiene
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si una tendencia, y con base en esta tendencia, la propuesta es la utilizacin de un hbrido
entre las dos metodologas usualmente se evala el sistema completo utilizando este
mtodo y en los sitios donde las cargas son ms sensibles e importantes y que estn
dando como resultado del mtodo indirecto una CPE baja para los estndares requeridos,adems de los requerimientos o reclamos de los clientes conectados en estos lugares, se
debe proceder a conectar o instalar un sistema de gestin o medicin de la CPE
permanente, que permita el monitoreo de todas las variables elctricas que puedan
afectar el normal funcionamiento de la carga. De esta manera se consigue una solucin
tal como la de-sensibilizacin de la carga, instalacin de equipos correctores de la calidad
de la forma de onda o de la potencia (custom power), o mejoras en las fuentes bajo
criterios de adecuar la planeacin de la infraestructura hacia una mejor CPE o mejorar la
operacin del sistema utilizando nuevos dispositivos tales como mejoras en lasprotecciones o mejorando el mantenimiento preventivo o predictivo del sistema.
Es importante anotar que el mtodo estocstico del sistema de distribucin bajo anlisis,
adems de requerir de una buena informacin del comportamiento del sistema, deber
emplear la modelacin del sistema elctrico, empleando una herramienta de simulacin
que cumpla con todos los requerimientos tcnicos y adems proporcione una base de
datos completa de los elementos que conforman ste sistema con unas unidades
apropiadas que faciliten el manejo y el anlisis del comportamiento del sistema. La
herramienta utilizada en este trabajo para el anlisis del comportamiento en este caso es
el programa ATP (Alternative Transients Program), la cual cumple con gran parte de las
condiciones necesarias para desarrollar estudios de CPE. El ATP adems de ser de uso
libre, disminuye los costos de evaluacin de la CPE del sistema de distribucin bajo
anlisis, cuestin recomendada para electrificadoras con bajos recursos para un estudio
de estas caractersticas.
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1. ANTECEDENTES: NECESIDAD DE EVALUAR LA CALIDAD DE LA POTENCIAELCTRICA (CPE) EN UN SDL.
1.1. GENESIS E IMPORTANCIA DEL PROBLEMA.La proliferacin de equipos electrnicos altamente sensibles a las fluctuaciones de voltaje,
la liberacin de los agentes del mercado y las expectativas incrementadas de los clientes
hacen de la CPE una necesidad imperativa. Este asunto ha tomado considerable
importancia en los ltimos aos debido al aumento de interrupciones de procesos
productivos en las industrias, ya que ellas utilizan equipos y controles extremadamente
sensibles a las variaciones de la tensin, generando impactos econmicos sobre los
consumidores y las empresas de servicios.
Los problemas de la calidad de la energa elctrica incluyen una gran variedad de
disturbios electromagnticos, que pueden tener su origen dentro o fuera de las
instalaciones de los clientes o las empresas de servicios, pudiendo causar muchos tipos
de efectos no deseados en las cargas, generando insatisfaccin en el cliente, el cual con
su nueva posicin en un mercado desregulado, puede tomar decisiones trascendentales
que llegan hasta demandas contra las empresas de servicios luego es una imperiosa
necesidad el obtener niveles adecuados de la calidad de la energa elctrica de modo que
se logre una satisfaccin del cliente y una conservacin del mercado por parte de la
empresa de servicios.
En sntesis Porqu es importante el tema de la Calidad de la Energa Elctrica?
Debido al impacto econmico que tienen los eventos de la mala calidad de la
potencia sobre los consumidores y sobre las empresas de servicios.
Debido a la necesidad de un aumento de la productividad de un mercado
globalizado y competitivo con posturas ms exigentes de los clientes.
Debido a los cambios en las instituciones del sector elctrico tales como
privatizaciones, desregulaciones, nuevas estructuras tarifarias, nuevas polticas del
sector, etc.
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Por el incremento de la utilizacin de la electrnica de potencia para controlar
mejor y ms eficiente la energa elctrica.
Por la proliferacin del uso de equipos altamente sensitivos vulnerables a
variaciones de la tensin de alimentacin y a muchos otros puntos igualmente
importantes.
Debido a que muchos equipos e industrias inyectan perturbaciones que se
propagan en el sistema de distribucin y transmisin, perjudicando a las empresas
vecinas.
Por que la empresa de servicio, con clientes satisfechos, tengan un mercado
cautivo y una supervivencia garantizada.
Existen muchos problemas asociados con la CPE que pueden ser definidos como
cualquier desvo de las condiciones ideales de la tensin de suministro, el cual puede
causar disturbios del sistema elctrico, reflejndose en problemas en cargas sensibles a
este tipo de eventos.1.2. CLASIFICACIN DE EVENTOS PERTURBADORES.Los eventos de la onda de tensin pueden ser clasificados as: Transitorios, variaciones
de corta duracin, variaciones de larga duracin, desbalance de voltajes, distorsin de la
onda, fluctuaciones de voltaje y variaciones de la frecuencia. Los eventos ms tpicos en
la calidad de la potencia, en magnitud de la frecuencia estn por debajo de los transitorios
luego estos no son tomados como eventos de calidad de la potencia. En Tabla 1 se da la
clasificacin de las posibles distorsiones de la onda de tensin segn la norma IEEE
1159 [1995]
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Tabla 1. Clasificacin segn la IEEE 1159 [1995] de los eventos sobre unaonda de tensin.
Categoras Contenido Espectral Tpico Duracin Tpica Magnitud del Voltaje Tpico1. Transitorios.
1.1. Impulso
1.1.1. Nanosegundos. 5 ns de subida. < 50 ns
1.1.2. Microsegundos. 1 s de subida. 50 ns 1 ms
1.1.3. Milisegundos. 0.1 ms de subida > 1 ms
1.2. Oscilatorio.
1.2.1. Baja frecuencia. < 5 KHz. 0.3 50 ms 0 4 p.u.
1.2.2. Media frecuencia. 5-500 KHz. 20 s 0 8 p.u.
1.2.3. Alta frecuencia. 0.5 5 MHz. 5 s 0 4 p.u.
2. Variaciones de cortaduracin.
2.1. Instantneo.
2.1.1. Sag (Dip). 0.5 30 ciclos 0.1 0.9 p.u.
2.1.2. Swell. 0.5 30 ciclos 1.1 1.8 p.u.
Categoras Contenido Espectral Tpico Duracin Tpica Magnitud del Voltaje Tpico2.2. Momentnea.
2.2.1. Interrupcin. 0.5 ciclos a 3 s. < 0.1 p.u.
2.2.2. Sag (Dip). 30 ciclos a 3 s. 0.1 0.9 p.u.
2.2.3. Swell. 30 ciclos a 3 s 1.1 1.4 p.u.
2.3. Temporal.
2.3.1. Interrupcin. 3 s 1 min. < 0.1 p.u.
2.3.2. Sag (Dip). 3 s 1 min. 0.1 0.9 p.u.
2.3.3. Swell. 3 s 1 min. 1.1 1.2 p.u.
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3. Variaciones de largaduracin.
3.1. Interrupcin sostenida. > 1 min. 0.0 p.u.
3.2. Sub voltaje. > 1 min. 0.8 a 0.9 p.u.
3.3. Sobre voltaje. > 1 min. 1.1 1.2 p.u.
4. Desbalance de voltajes. Estado estable 0.5 2 %
5. Distorsin de la forma deonda.
5.1. Offset DC. Estado estable 0 0.1 %
5.2. Armnicos. Estado estable 0 20 %
5.3. Interarmnicos. 0 100 Armnico Estado estable 0 2 %
5.4. Muescas. 0 6 KHz. Estado estable
5.5. Ruido. Estado estable 0 1 %
6. Fluctuaciones de voltaje. Banda Ancha Intermitente 0.1 7 %
7. Variaciones de lafrecuencia.
< 50 Hz < 10 s
Este trabajo har nfasis en los eventos o variaciones de corta duracin de la tensin, los
cuales y segn la experiencia en las EEPPM y en particular del investigador y de acuerdo
a la literatura, son los eventos que causan mayores problemas a las cargas sensitivas
generando la mayor cantidad de reclamos de los clientes a las empresas de servicios y a
los organismos reguladores.
Este tipo de eventos puede ser definido como variaciones momentneas del valor eficaz
(rms) de la tensin en una o ms fases del sistema elctrico para valores situados fuera
de la franja de 10% de la tensin nominal en la barra considerada, con una duracin
entre ciclo a un minuto y son generalmente causados por cortocircuitos en el sistema
elctrico o por energizacin de equipos que demandan altas corriente. Estas puedencausar mal funcionamiento o salidas intempestivas de equipos sensitivos. Las
variaciones momentneas de la tensin pueden ser clasificadas como:
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Huecos o depresiones de tensin (Sags o Dips de tensin).
Elevaciones momentneas de la tensin (Swells).
Interrupciones momentneas de la tensin.
Para dar una mayor claridad a estos tipos de eventos y en general a todos los posibles
eventos que presenta el estndar de la IEEE 1159 [1995] se muestra en la Figura 1algunas formas grficas:
TERMINO FORMA DE LA ONDATRANSITORIO
IMPULSO
IMPULSO OSCILATORIO
VARIACIONES DE CORTA DURACIN
INTERRUPCIN MOMENTNEA
SAG (DIP)
20 40 60 80 100 120 140 160 18000
-5
-10
-15
-20
-25
Tiempo en ms.
Corriente en KA
TIEMPO (mS)
VOLTAJE TRANSITORIO POR SUICHEO
DE CAPACITORES.
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SWELL
VARIACIONES DE LARGA DURACIN
SUB VOLTAJES
SOBRE VOLTAJES
DESBALANCE DE VOLTAJES
INTERRUPCIN SOSTENIDA
0 H 1 H 2 H 3 H 4 H 5 H 6 H 7 H 8 H 9 H
VALOR REAL
VALOR RMS
120100
80604020
140160
0
0 H 1 H 2 H 3 H 4 H 5 H 6 H 7 H 8 H 9 H
120100
140160
VALOR REAL
VALOR RMS
80604020
0
Fase C
Fase B
Valor RMS
Valor RMS
Valor RMS 120 -
120 -
120 -
Fase A
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DISTORSIN DE LA ONDA DEVOLTAJEARMNICOS
MUESCAS
RUIDO
FLUCTUACIONES DE VOLTAJE
VARIACIONES DE LA FRECUENCIA
Figura 1. Representacin grfica de la clasificacin segn la IEEE 1159 [1995] delos eventos sobre una onda de tensin.
En Colombia con los cambios que se han venido presentando en el marco regulatorio
energtico y con el incremento de cargas altamente tecnificadas y sensitivas, las
empresas de servicios como los clientes de la CPE, estn incrementando su inters en el
tema de la calidad de la potencia. Este trmino se ha venido utilizando en el mundo
ampliamente desde la dcada de los 80s, pero en Colombia el tema se ha vuelto de
1 H 2 H 3 H 4 H 5 H 6 H 7 H 8 H 9 H0 H
VALOR REAL
120100
80604020
140160
0
VALOR RMS
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inters desde la dcada de los 90s. El trmino es a veces utilizado sin medida alguna e
incluyendo todo tipo de eventos o acontecimientos que le ocurran a la carga debido a
posibles problemas en el suministro de la energa elctrica. 1.3. EL PROBLEMA DE LA CPE EN COLOMBIA.Qu obligacin tienen las empresas del sector elctrico Colombiano? Incrementar la
eficiencia de todo el sistema de potencia teniendo como consecuencia el continuo
desarrollo, lo cual se refleja en el desarrollo del pas.
Se concluye que los clientes finales colombianos enterados de los beneficios de la calidad
de la potencia, estn comenzando a informarse mejor sobre trminos tales como:
Interrupciones, Sags, swells, transientes por conmutacin, desbalances, armnicos, etc.,
y han empezado a solicitarle a las empresas de servicios incrementar la CPE entregada.
Otro factor que ha influido en el inters hacia la CPE, es la interconexin del sistema
elctrico Colombiano. Esto trae muy buenos beneficios, pero igualmente trae algunas
consecuencias no deseadas, tales como la transferencia de eventos anmalos y su
propagacin hacia diferentes puntos de la red.
Detrs de todas estas razones con esta propuesta investigativa, se estn buscando
finalmente incrementar la productividad de los clientes de las empresas de servicios. Losproductores desean mquinas ms rpidas y eficientes. Las empresas de servicios
estimulan estos esfuerzos porque esto ayuda a sus clientes a ser mas tiles, pero tambin
ayuda a optimizar grandes inversiones en las redes, subestaciones y equipos de
generacin, por el uso ms adecuado de los equipos instalados en la carga y los entes
reguladores a tener unos usuarios mejor atendidos.1.4. DEFINICIN DE LA CPE.Es importante en este punto, tener una definicin precisa de la calidad de la potencia. Seha seleccionado tres definiciones propuestas, las cuales son:
Propuesta de IEC (61000-2-2/4) y CENELEC (50160)
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La CPE, es una caracterstica fsica del suministro de electricidad, la cual se entrega en
condiciones normales de funcionamiento sin producir perturbaciones en los procesos del
cliente. Esta definicin precisa en sus trminos sobre la calidad de la potencia de la
energa elctrica.
Propuesta de la IEEE 1159 [1995]
El trmino se refiere a una amplia variedad de fenmenos electromagnticos que
caracterizan el voltaje y la corriente en un tiempo dado y en una posicin dada en el
sistema de potencia. Esta definicin se orienta hacia la compatibilidad electromagntica,
el cual tiene un cubrimiento ms amplio, que la misma calidad de la potencia.
Propuesta de los ingenieros Dugan, McGranaghan y Beaty:
Cualquier problema de potencia manifestado en la desviacin del voltaje, corriente o
frecuencia que resulta en una falla o mala operacin del equipo de un usuario. Esta
definicin se orienta hacia lo que puede ocurrir con una mala calidad de la potencia la cual
podra definirse como una anti-calidad de la potencia.
En este trabajo la calidad de la potencia se cuantifica tcnicamente de la siguiente
manera:
Forma de la onda. Que mantenga lo ms prxima a una sinusoidal pura, sin que
tenga perturbaciones permanentes, armnicos, perturbaciones o transitorios.
Que la frecuencia se mantenga dentro de unos rangos establecidos por la
normatividad, tratando de ser lo ms constante posible.
El sistema trifsico debe mantenerse simtrico en su forma alterna, con
desfazamientos de 120.
Mantener estable el valor eficaz de la tensin.
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La potencia de las barras deber ser lo suficientemente fuerte y rgida, de modo
que la tensin no se vea afectada por posibles variaciones por el cambio del
estado de la carga.
Mantener una confiabilidad o disponibilidad del sistema, de modo que el cliente no
se vea perjudicado por posibles cortes.
Con base en el nuevo acontecer de la energa elctrica, en la cual Colombia est siendo
parte, debido a los cambios ya enunciados, es importante que se generen investigaciones
que permitan tener un conocimiento del estado de la calidad de la potencia elctrica,
conocer las variables que la conforman, de tal forma que se obtengan normas y
regulaciones que sean un real reflejo de la energa elctrica colombiana, obteniendo al
mismo tiempo conclusiones, las cuales pueden ser debatidas internacionalmente.
De todos estos argumentos se puede concluir que existe un profundo problema, cuya
solucin reviste especial vigencia para los Operadores de Red. El problema se enuncia
en los siguientes trminos: DEFICIENCIA Y DIFICULTAD DE EVALUAR LA CPE ANTE
LA PRESENCIA DE EVENTOS DE CORTA DURACIN EN UN SDL COLOMBIANO.
Para buscar como resultado: INDICADORES DE EVENTOS DE CORTA DURACIN
QUE PERMITAN EVALUAR CPE EN UN SDL.
Como se expuso en la gnesis del trabajo, existe una serie de organismos, empresas y
entidades tanto estatales como privadas, adems de diferentes personas, que se estn
viendo involucradas e interesadas en el tema de la calidad de la potencia.
Paulatinamente se han venido conformando grupos de estudio e investigacin, que le
pueden ayudar a las empresas a buscar soluciones a los posibles problemas de la calidad
de la potencia de igual manera se han conformado equipos de trabajo en el mbito
nacional, de tal forma que se busca obtener una norma de compatibilidad
electromagntica con nfasis en la calidad de la energa elctrica, la cual permita evaluarde acuerdo a los parmetros tanto elctricos como fsicos, la realidad colombiana.
Adems busca obtener una regulacin que est acorde con las condiciones del medio
colombiano.
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Pero dentro de este extenso tema de la calidad de la potencia elctrica, existen tpicos
que por su relevancia y efecto en la carga final generan ms inters que otros este es el
caso de los eventos de corta duracin.
Las empresas que conectan sus cargas a las redes de distribucin, necesitan saber cual
es la compatibilidad electromagntica entre sus cargas y la fuente. Para ello es
indispensable tener indicadores que permitan dicha valoracin, luego surge un problema
fundamental a resolver cuando se unen estos dos ltimos temas, que se puede enunciar
as:
Deficiencia y dificultad de evaluar la calidad de la potencia ante la presencia de eventos
de corta duracin en el medio colombiano y ms concretamente en los Sistemas de
Distribucin de energa Locales (SDL).
Se considera que una vez se tenga los indicadores que permitan esta evaluacin, los
clientes tendrn un conocimiento concreto de la compatibilidad de sus equipos y de la
fuente de energa a la cual estn conectados. Las empresas de servicios y ms
concretamente los operadores de red (OR) conocern ms sus redes y su relacin con la
energa que circula por ellas adems les permitir dirigir los esfuerzos del mantenimiento
y de las inversiones hacia la realidad que puede afectar a los clientes que se encuentran
conectados a estas. Los entes reguladores, contarn con indicadores reales de las redes
de distribucin colombiana, con los cuales se podr regular en forma ms equitativa y
adecuada, de igual manera podrn contar con una normalizacin. Todo lo anterior
redunda en una mayor facilidad para incrementar la calidad de la energa elctrica en el
mercado colombiano.1.5. OBJETIVOS DE PLANEACIN DE LA PRESENTE INVESTIGACIN.El objetivo principal y general de esta investigacin es proponer un modelo para la
evaluacin de la CPE ante la presencia de eventos de corta duracin en un Sistema de
Distribucin Local (SDL). Este modelo de carcter global para el SDL proporcionar un
mejor conocimiento de la compatibilidad electromagntica entre carga y fuente,
permitindole al cliente tener ndices de produccin mayores e igualmente le permitir a
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las empresas de servicios, incrementar sus indicadores por medio de mejoras en las
redes con base en una mayor comprensin del sistema (SLD), tener un instrumento
cuantificado de planeacin y obtener mejores mantenimientos correctivos, preventivos y
predictivos, adems de direccionar mejor las posibles inversiones sobre las redes.
A partir del modelo propuesto los entes reguladores podrn tener herramientas que les
permitan evaluar adecuadamente los ndices de calidad de la potencia de los eventos que
se presentan con mayor frecuencia y que afectan en mayor medida la carga, adems de
contar con normalizacin adecuada para el medio colombiano.
Tambin existen en esta investigacin objetivos especficos importantes que se pueden
enunciar as:
Examinar detalladamente todos los ndices actualmente empleados para evaluar
los eventos de corta duracin en un Sistema de Distribucin Local con la clara
direccin de universalizarlos, permitiendo una aplicabilidad de amplio espectro a
los resultados de la investigacin.
Tal como se ha planteado en la gnesis del problema, apuntar al mejoramiento de
la calidad de la energa elctrica, directamente relacionada con la carga conectada
a las redes de distribucin de energa.
Una vez se tengan estos ndices, buscar su aplicacin en el medio colombiano de
tal forma que ayuden a la planeacin de la calidad de la potencia elctrica
suministrada, con el fin de que la produccin colombiana sea ms competitiva,
reflejndose en mejores indicadores econmicos tanto para la industria como para
las empresas de servicios elctricos.
Con los indicadores evaluados tanto en el mbito nacional como internacional, se
buscar la normalizacin de estos indicadores en Colombia. Una vez normalizados
podrn ser parte de la regulacin colombiana, resultando compatible con las
normas de compatibilidad electromagnticas aplicables a nuestro medio,
permitiendo as una adecuada regulacin.
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Estos ndices obtenidos, evaluados y justificados, permitirn tanto a la industria como a
las empresas suministradoras del servicio de la energa elctrica, conocer y cuantificar la
calidad de la potencia elctrica, permitiendo estipular posibles contratos de suministro de
energa con la variable de la calidad de la potencia intrnseca en esta contratacin.1.6. FORMULACIN, JUSTIFICACIN Y BENEFICIOS.Cuando se trata un tema de esta naturaleza, surgen varias preguntas sobre su viabilidad,
de modo que no sea un tema terico de poca aplicacin en la prctica. Lo anterior se
justifica por el conocimiento que tiene el investigador de las redes de distribucin en
Colombia, en particular del SDL de EEPPM, pudiendo concluir de acuerdo a su
conocimiento heurstico, que este tipo de eventos de corta duracin son de normal
presencia en los Sistemas de Distribucin Local en Colombia y en sistemas semejantesen el mbito mundial, y de sus malas consecuencias sobre las CPE. Adems el tema se
ha puesto al orden del da debido al incremento de cargas ms sensitivas a este tipo de
eventos. Su tratamiento es prctica normal tanto en Colombia como en el resto del
mundo y es un tema de suma actualidad.
Cul es el por qu de su actualidad? Cada vez una mayor cantidad de clientes y
usuarios se estn viendo afectados por eventos que afectan su calidad de la potencia
elctrica, produciendo grandes prdidas econmicas en la produccin colombiana y
mundial. Por esta razn especfica el tema resulta de extrema actualidad, generado gran
inters y as justificado esta investigacin, puesto que redunda en claros beneficios para
la produccin de una regin y en general para el pas.
Una clara justificacin del porqu se tiene que investigar estos indicadores, es que no
existen en el entorno nacional, modelos adecuados con los cuales se pueda evaluar la
compatibilidad electromagntica entre la carga cada vez ms sensitiva y la fuente. Por
ello se requiere de estos indicadores o ndices, que permitan identificar qu tan buena es
la calidad suministrada por una empresa de servicios a un cliente con base en una clarareglamentacin y normalizacin.
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Se considera que es el momento oportuno de generar tales indicadores como instrumento
de planeacin fcilmente ejecutable por el OR, debido a que la regulacin existente tom
del mbito internacional estndares tomados de pases industrializados a veces no
aplicables directamente a los casos que se presentan en Colombia y que no permiten unaclara evaluacin de los eventos de corta duracin de la calidad de la potencia. Los
nuevos indicadores propuestos debern estar de acuerdo con las posibilidades del medio
colombiano. Es importante anotar que los clientes y usuarios solicitan que su calidad de
la potencia mejore, pero es igualmente importante que ellos sepan que una mejora de
esta calidad implica inversiones a veces mayores, que las empresas de servicios tendrn
que recuperar siguiendo algn plan financiero, pero que igualmente se refleja en una
mejora en la produccin en las empresas colombianas.
El tema de los indicadores resulta entonces importante puesto que permitir a los clientes
de las empresas de servicios de energa elctrica, evaluar la compatibilidad
electromagntica entre sus equipos y la fuente, incrementando su productividad que es
seriamente afectada por los eventos y perturbaciones, especialmente por el deterioro
transitorio de la tensin. Igualmente y debido al estado actual de la regulacin, la cual no
alcanza a colmar las expectativas actuales, es indispensable crear indicadores acordes
con la realidad colombiana que permitan generar normalizacin que se refleje en una
adecuada regulacin.1.7. CONCEPTOS GENERALES DE LA CPE.La Calidad de la Potencia Elctrica CPE - es un trmino simple en principio, pero que
describe multiplicidad de productos que se encuentran en cualquier sistema de potencia
elctrico, aunque tambin puede ser catalogado como un trmino subjetivo. El concepto
de buena y mala calidad de la potencia depende del usuario final. Si una pieza de un
equipo funciona satisfactoriamente el usuario siente que la calidad de la potencia es
buena. Si el equipo no funciona segn lo establecido o falla prematuramente, hay un
sentimiento que la calidad de la potencia es mala. Entre estos lmites, muchos grados o
capas de CPE pueden existir, dependiendo de la perspectiva del usuario final. Se debe
entender que la evaluacin de la CPE es un buen punto de arranque para solucionar
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cualquier problema de CPE. En la Figura 2, se muestra una visin general de cmo sepuede ser interpretada la Calidad de la Potencia Elctrica.
SDLoperador
Disturbiosde la
frecuenciaindustrial
InterferenciaElectro
magntica
Transientesen el
sistema depotencia
Descargaselectrostcicas
Armnicosen el
sistema depotencia
Factor dePotencia
A antallamientoy
Aterrizamiento
CPEFigura 2. Conceptos de CPE.
Disturbios a frecuencia industrial son fenmenos de baja frecuencia que resultan en Sags
o swells de voltaje. Estos pueden ser generados por la fuente o la carga, debido a fallas u
operaciones de suicheo en el sistema de potencia. Los resultados finales son los mismoshasta la susceptibilidad de los equipos elctricos de importancia. Transientes sobre los
sistemas de potencia son eventos rpidos de corta duracin que producen distorsiones
tales como muescas, repiques e impulsos. Los mecanismos por los cuales la energa
transitoria es propagada en las lneas de transmisin, transferida a otros circuitos
elctricos y eventualmente disipada, son diferentes de los factores que afectan los
disturbios a frecuencia industrial. Armnicos en sistemas de potencia son fenmenos de
baja frecuencia caracterizados por la distorsin de la forma de la onda, los cuales
introducen componentes de frecuencias armnicas. Armnicos de corriente y voltaje tieneefectos indeseados en la operacin del sistema de potencia y de las componentes del
sistema de potencia. En algunas instancias, interacciones entre los armnicos y los
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parmetros del sistema de potencia (R-L-C) pueden multiplicar los armnicos con severas
consecuencias.
El objetivo de aterrizar y apantallar los sistemas elctricos es uno de los productos ms
crticos en los estudios de CPE. El aterrizamiento es hecho por tres razones. El objetivo
fundamental de aterrizar es la seguridad y ninguno de los equipos con que opera el
sistema elctrico deber comprometer la seguridad de las personas que trabajan en este
ambiente o lo utilizan. El segundo objetivo del aterramiento y el apantallamiento es
proveer un camino de impedancia baja para el flujo de corriente de falla en el caso de
presentarse una falla a tierra, en el cual el mecanismo de proteccin deber aislar el
circuito de la fuente de potencia. El tercer uso del aterramiento es crear un plano de
referencia a tierra para equipos elctricos sensibles. Esto es conocido como la seal de
referencia a tierra. Esta configuracin puede cambiar de usuario a usuario y de empresa
a empresa. La configuracin no puede ser una entidad aislada. Esta unin elctrica total
debe ser garantizada por la puesta tierra de seguridad de la empresa para crear un
sistema de aterramiento total.
La Interferencia Electromagntica (EMI) se refiere a la interaccin entre los campos
magnticos y elctricos y los circuitos y mecanismos electrnicos sensitivos. El EMI es un
fenmeno predominantemente de alta frecuencia. El mecanismo de acoplamiento EMI a
los equipos sensitivos son diferentes de los disturbios a la frecuencia industrial y a lostransientes elctricos. La mitigacin de los efectos de EMI requiere de tcnicas
especiales. Interferencia de radio frecuencia (RFI) es la interaccin entre los campos de
radio frecuencia radiados y conducidos y datos sensitivos y equipos de comunicacin. En
ocasiones se ha considerado conveniente incluir RFI en la categora de EMI, pero una
realidad son dos fenmenos diferentes.
Descargas electrostticas (ESD) son muy familiares y de ocurrencia no placentera. En
nuestras vidas del da a da, ESD es una molestia incmoda a la que est sometido
cuando se abre o cierra la puerta del carro o el refrigerador. Pero en altos niveles, el ESD
es nocivo para equipos electrnicos, causando mal funcionamiento y dao.
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Por ltimo el factor de potencia es incluido en la discusin de la CPE. En algunos casos,
factores de potencia bajos son responsables del dao de equipos debido a componentes
sobrecargados. Pero muchas veces, el factor de potencia es un factor econmico en la
operacin del sistema de potencia. Como las empresas de servicios estn encarando elincremento de la demanda de potencia que en algunas ocasiones excede la capacidad de
generacin, se est reglamentando la penalidad de factores de potencia bajos.1.8. ALCANCES DE LA INVESTIGACIN.El principal alcance de esta investigacin es obtener los indicadores de la calidad de la
potencia que permitan evaluar la compatibilidad electromagntica entre la carga y la
fuente para eventos de corta duracin en un Sistema de Distribucin Local, que se
propusieron como objetivo, pero bajo la premisa de ser realsticos, aplicables y deevidente impacto econmico en las redes de distribucin en Colombia.
Un segundo alcance es debatir los resultados encontrados para as buscar una posible
aplicacin ms amplia.
Los alcances de la investigacin en forma ms concreta son:
Se escoger un Sistema de Distribucin Local, como red laboratorio que permita realizar
las investigaciones sobre los eventos de corta duracin que en ella acontecen. Esta redtiene que cumplir con un requisito: Que se conozca la historia de los eventos que en ella
ocurren y su efecto sobre las cargas. Es el caso de EEPPM, red que ha sido objeto de
amplio estudio del investigador.
Se consideran los sistemas vecinos al SDL estudiado y se buscar el efecto de
propagacin de perturbaciones en ellos, hacia el SDL investigado.
Teniendo el sistema escogido como base, se utilizarn diferentes mtodos que permitan
evaluar el comportamiento de la red y sus cargas ante la presencia de eventos de cortaduracin, adems se compararn los resultados con la historia operativa de la red.
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Cuando se tenga claramente evaluado el sistema, por los mtodos seleccionados, se
deber encontrar la metodologa, de modo que los resultados permitan generalizarse
hacia otras redes de igual tipo en Colombia y su posible extensin en el mbito
internacional.
Una vez est generalizado, se estudiarn y obtendrn los ndices, los cuales son el
resultado general de la investigacin adems se buscar su aplicacin en la
normalizacin nacional.
Es igualmente importante resaltar que en esta investigacin se busca la aplicacin de
tcnicas matemticas de vanguardia que permitan hacer innovacin en el tema de la
calidad de la potencia. Algunos elementos a resaltar en este sentido son los siguientes:
El comportamiento de la carga ha variado, ha mejorado su eficiencia y
desempeo, pero este cambio a su vez ha trado tambin trajo un comportamiento
ms sensible a las cualidades y calidades de la potencia elctrica.
La normalizacin y por ende la regulacin se han empezado adaptar a este nuevo
comportamiento la primera ha establecido nuevo criterios de compatibilidad
electromagntica entre la carga y la fuente y la segunda ha empezado ha
establecer lmites permisibles de esta compatibilidad.
Debido a estos nuevos requerimientos, necesidades y regulaciones se ha
presentado la necesidad de evaluar los sistemas de distribucin tal que permitan
inferir el comportamiento de la CPE suministrada por ellos.
Igualmente se ha presentado la necesidad de obtener diferentes alternativas de
evaluacin de la CPE para eventos de corta duracin, tal que se puedan comparar
y obtener la mejor opcin tanto econmica como tcnica.
De los resultados de estas evaluaciones se desea obtener estndares en la CPE
tal que mejore la produccin de las empresas, los servicios del comercio y el
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normal quehacer de la vida urbana y domstica, pero bajo la ptima consignada
de un costo razonable de alcanzar.
Se resalta que este trabajo proporciona un elemento base de planeacin y diseo
dirigido hacia los operadores de red, el cual no se basa en una medida de la CPE
sino en una estimacin de esta con base en simulaciones.1.9. PROCEDIMIENTO SEGUIDO.Lo fundamental del tema de la CPE ha quedado claramente establecido en este captulo,
despus de esta visin general de la CPE se requiere teorizar en este tema para una
mejor comprensin
Figura 3. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
Determinaciny
caracterizacindel problema
Creacin delmodelo
topolgico paraTransmisin Y
Subtransmisin
Sistematizacindel modelo
topolgico paratransmisin y
Subtransmisin
Determinacinde
caractersticasy tendencias
En este captulo se ha presentado una visin general de la CPE, formulando yjustificando el porqu de un estudio de este tipo con un claro objetivo de obtenerbeneficios tanto en la operacin como en el servicio a los clientes. Para un mejor
entendimiento de la necesidad de mejorar la CPE es indispensable teorizar en el tema dela CPE para lograr una mejor comprensin de los resultados. Esto ser parte del
Captulo 2.
Captulos: 1 y 2
Captulo 3 Captulo 4 Captulo 6
Creacin delmodelo
topolgico y su
sistematizacinpara Distribucin
Captulo 5
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2. TEORA DE LA CPE.2.1. INTRODUCCIN.El trmino CPE, puede tener diferentes interpretaciones, pero su denominador comntrata de la interaccin entre la energa suministrada por la empresa de servicios y el
usuario final. Este trmino se ha venido usando en los ltimos aos debido a la
necesidad de prestar un mejor servicio al usuario ya que el mercado de la energa
elctrica cada vez es ms competitivo y las empresas que no cumplan con los estndares
y las necesidades de sus clientes tendrn dificultades en dicho mercado. Entre estas
necesidades se encuentra principalmente, que los usuarios cada da adquieren equipos
electrnicos ms sensibles a los diferentes tipos de variaciones en el suministro de la
energa, como a la necesidad de que los procesos industriales tengan un mnimo deinterrupciones y sean altamente eficientes.
Se puede decir, que el objetivo de la calidad de la energa es encontrar soluciones
efectivas a los disturbios y variaciones del voltaje que afectan los usuarios estas
soluciones pueden estar del lado del usuario o del lado de la empresa de servicios. Todo
para lograr un suministro con calidad.2.2. FUENTES DE SAGS E INTERRUPCIONES.Las perturbaciones de voltaje son un gran problema para equipos sensibles que suelen
dar falsos disparos, prdidas, datos errneos y otros tipos de fallas en su funcionamiento.
Muchas de estas perturbaciones son producidas por los propios equipos de los usuarios
otras son el resultado de eventos que ocurren en el sistema elctrico, tales como
descargas atmosfricas y suicheo de equipos.2.2.1. Descargas Atmosfricas.Generalmente stas afectan los sistemas elctricos, debido a impactos directos o efectos
inductivos sobre las lneas a nivel de transmisin y distribucin, afectando a los usuarios
en niveles de tensin ms bajos.
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Frecuentemente, las descargas atmosfricas producen en las cargas, Sags e
interrupciones momentneas debido a fallas temporales. Algunos rayos inducen
transitorios que ocasionan disparos y recierres automticos de las protecciones.
Cuando se presenta la falla, el usuario inicialmente experimenta un Sag y luego una
interrupcin en el instante en que las protecciones aclaran la falla normalmente la
duracin del Sagcorresponde al tiempo en que el interruptor tarda en operar (de 5 a 6
ciclos). El interruptor permanecer abierto por un mnimo de 20 ciclos y hasta 2 o 5 seg
dependiendo de la configuracin de las protecciones.
En la Figura 4 se observa una falla en uno de los alimentadores que van directamente ala subestacin en el sistema de distribucin, la cual fue ocasionada por el flameo de un
aislador debido al impacto de un rayo en una torre. Un usuario experimentar un voltajeSagen el perodo en que la falla est en el sistema tan pronto se aclara la falla, el voltaje
en el usuario se normaliza.
Figura 4. Falla en un sistema debido al flameo de un aislador. Fuente: MCGRANAGHAN, Mark F. BEATY,H. Wayne y DUGAN, Roger C. Electricalpower systems quality. New York: McGraw Hill. 1996. p. 40.
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2.2.2. Cortocircuitos.Las fallas debido a cortocircuitos se pueden clasificar como temporales o permanentes.
Los sistemas de proteccin se basan en que la mayora de las fallas son temporales y que
pueden ser aisladas para restaurar la alimentacin en el resto del sistema.
Fallas temporales. Pueden ser ocasionadas por flameos debido a descargas,contacto de animales o ramas. Cuando la falla ocurre, la lnea debe ser
desenergizada para interrumpir la corriente de falla y dejar que se desionice su
camino. Para hacer esto un interruptor abre para aclarar la falla y automticamente
cierra despus de algn tiempo de retardo. Estos recierres pueden ocurrir varias
veces, en un esfuerzo para restablecer la continuidad del servicio debido a una falla
temporal.
Aunque los tiempos de recierre sean pequeos, pueden tener efectos perjudiciales
en los usuarios industriales y comerciales. Equipos electrnicos pueden ser
protegidos contra estos por medio de UPS (Uninterruptible Power Supply), pero
cargas ms grandes como grandes motores y maquinaria pesada no pueden ser
protegidos contra ste tipo de interrupciones.
Fallas permanentes. Pueden ser ocasionadas por fallas en los equipos delsistema, por ramas de rboles que caen en las lneas etc. La restauracin de estas
fallas pueden durar desde un minuto hasta horas. La mayora de las fallas que se
presentan en los sistemas de distribucin son de naturaleza temporal. En sistemas
subterrneos la mayora de fallas son permanentes y toman mucho ms tiempo
para ser localizadas y reparadas.2.2.3. Suicheos.Frecuentemente las operaciones de suicheo resultan en disturbios momentneos de
voltaje. Estas operaciones incluyen aclaramiento de fallas, transferencia de carga etc.
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2.2.4. Arranque de motor es.El arranque de grandes motores viene acompaado por un voltaje Sagque resulta de la
corriente de energizacin (inrush) que fluye a travs de las impedancias del sistema. Esta
gran corriente produce un voltaje Sag que puede ser notado en la disminucin de la
intensidad de la luz, disparo de contactores, etc. El mximo voltaje Sag ocurre en los
terminales del motor y puede afectar usuarios cercanos que posean cargas sensibles a
los Sags.
El tiempo requerido para que el motor se acelere a una velocidad determinada, se
incrementa con la magnitud del Sag. En la Figura 5 se observa un voltaje de Sagtpicoocasionado por el arranque de un motor, el cual permanece por varios segundos.
Figura 5. Sagocasionado por el arranque de un motor.Fuente: MCGRANAGHAN, Mark F. BEATY, H. Wayne y DUGAN, Roger C. Electricalpower systems quality. New York: McGraw Hill. 1996. p. 53. 2.3. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE PROTECCION ANTE LOS EVENTOS DE
CORTA DURACIN POR PARTE DE LOS USUARIOS FINALES.Existen varios mtodos utilizados por los usuarios para prevenir y solucionar los
problemas ocasionados por los eventos de corta duracin, ya sea por parte de la empresa
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distribuidora o por ellos mismos. Estas soluciones son generalmente menos costosas
realizarlas en los equipos de los usuarios, que si se llevaran a cabo por parte de la
empresa distribuidora. La solucin mas frecuente y menos costosa, es la de especificar
adecuadamente los requerimientos de los equipos para que sean capaces de soportarSagsde una duracin determinada, sin sufrir ningn dao en su funcionamiento.
La segunda opcin es el estudio del comportamiento de los equipos de produccin y ms
concretamente de sus controles ante eventos de corta duracin, una vez evaluado este
comportamiento y los posibles ajustes que pueda permitir los controles y las protecciones,
se puede determinar entre el usuario final, el proveedor o fabricante del equipo de
produccin y el Operador de Red que cambios en los ajustes de los controles y las
protecciones se puede hacer sin detrimento de la vida til del equipo industrial o sin el
deterioro o dao en la produccin de esta forma se puede lograr insensibilizar un proceso
industrial que se ve afectado por eventos de corta duracin y que posiblemente el eslabn
ms dbil puede ser un control microprocesado, un variador de velocidad, un rel, etc.
Otra solucin es la utilizacin de los equipos acondicionadores de potencia, los cuales
tienen la capacidad de alimentar las cargas esenciales durante una condicin de falla.
Por las caractersticas y costos de estos equipos normalmente alimentan el sistema de
control de los equipos sensibles a los eventos de calidad de la potencia y ms
concretamente a los eventos de corta duracin, esto procedimiento va muy de la manocon el anterior si no se logra cambiar los ajustes, porque no lo permite o porque se
alcanz los lmites, lo que queda son los diferentes tipos de acondicionadores de la
potencia suministrada al control o al conjunto control potencia, esta ltima opcin
encarece enormemente el equipo acondicionador.2.4. CURVAS DE SENSIBILIDAD.La curva de sensibilidad utilizada por los fabricantes de los equipos normalmente son la
CBEMA, la ITIC o la SEMI, las cuales especifica los requerimientos que debe cumplir losequipos electrnicos en cuanto a magnitud y duracin del disturbio momentneo de
voltaje sirviendo como un estndar de comparacin para describir la susceptibilidad de
los equipos.
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La curva define los transitorios y los limites de estado estable para el cual el voltaje puede
variar sin afectar el desempeo y sin daar los equipos.
Se puede decir que si las condiciones de la variable elctrica de voltaje se mantiene sobre
los lmites establecidos por la curva, se garantiza el buen funcionamiento del equipo, bajo
las siguientes condiciones:
- Una completa prdida de voltaje para 0.5 ciclos (8.33ms).
- Un 80% del voltaje para 0.5 seg.
- Que la frecuencia vare en un rango de +/- 0.5 Hz.
- La rata de cambio de la frecuencia menor que 1Hz/seg.
- Una distorsin total armnica de voltaje por debajo del 5%.
- Un desbalance en los sistemas trifsicos menor que el 3%.
En La Figura 6 se muestra una curva CBEMA tpica, para la cual el rea fuera del margende tolerancia, representa los eventos que podran ser asociados con fallas o mal
funcionamiento de los equipos.
Resultados de un equipo de monitoreo de Power Quality
Figura 6. Curva CBEMA obtenida de un equipo de monitoreo de CPE.
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2.5. NORMALIZACIN INTERNACIONAL Y REGULACIN NACIONAL.2.5.1. Normalizacin Internacion al.La funcin que cumple la normalizacin, es sugerir recomendaciones y estandarizar loslmites que garantizan una completa compatibilidad entre el equipo del usuario y el
sistema elctrico.
La importancia de la normalizacin tambin radica en que esta sirve de punto de
referencia para que los estudios relacionados con la CPE sean analizados desde la
misma perspectiva.
La organizacin IEC es la encargada de desarrollar la normalizacin internacional en todo
el mundo para establecer los estndares elctricos. sta ha definido una categora de
normas llamadas Estndares de compatibilidad electromagntica (EMC) la cual trata
directamente los problemas relacionados con la CPE.
La IEC posee diferentes tipos de normas, las cuales son:
- (IEC 1000-1-x): Es la norma general que trata de terminologa y definiciones.- (IEC 1000-2-x): Trata de las caractersticas del medio donde el equipo ser
instalado.
- (IEC 1000-3-x): Define los lmites permisibles de disturbios que pueden sercausados por los equipos conectados al sistema de potencia.
- (IEC 1000-4-x): Esta provee una gua detallada para equipos de medida ytcnicas procedimientos de pruebas.
- (IEC 1000-5-x): Recomienda los equipos que deben ser instalados pararesolver problemas de CPE, tales como acondicionadores de potencia, filtros
etc.
- (IEC 1000-6-x): Define los niveles de inmunidad para los equipos.En los Estados Unidos, la normalizacin es desarrollada por la IEEE, ANSI y las
organizaciones de fabricantes de equipos, tales como la NEMA.
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- IEEE 1159. Esta norma trata sobre el monitoreo de la CPE para sistemasmonofsicos y polifsicos en CA presenta recomendaciones para el desarrollo de
tcnicas de monitoreo e interpretacin de estudios.
- IEEE 1250. La norma IEEE 1250 describe los disturbios momentneos de voltajeque ocurren en los sistemas de distribucin, su identificacin, efecto y las maneras
de cumplir con los requerimientos de voltaje en los equipos sensibles. Tambin se
incluyen consideraciones acerca del entorno de operacin de los equipos sensibles
e informacin acerca de los lmites de distorsin armnica.
- IEEE 519. El propsito de esta norma es recomendar las prcticas y requerimientosdel control armnico en los sistemas elctricos de potencia debido a cargas no
lineales, las cuales cambia las caractersticas de la onda senoidal de corrientegenerando un flujo de armnicos en la red, que causan interferencia en equipos
electrnicos y de telecomunicaciones.2.5.2. Regulacin y reglamentacin nacional.Debido a la necesidad de prestar un mejor servicio a los clientes, los operadores de red
han venido estableciendo criterios de CPE, con el propsito de dar unas garantas
mnimas a los usuarios conectados al STR y SDL. Estableciendo criterios de
responsabilidad y compensacin por la calidad del servicio, e indicadores mnimos de
ste.
Da a da, la actividad de comercializacin est siendo realizada por empresas
diferentes a las distribuidoras, pero esto no excluye de responsabilidad a la empresa
distribuidora para entregar una buena CPE al cliente, ya que aunque el contrato se haya
realizado con el comercializador, el distribuidor debe seguir garantizando el buen
servicio al usuario final por medio del comercializador.
El trmino CPE suministrada, se refiere a las perturbaciones y variaciones de estado
estacionario de la tensin y corriente suministrada por el operador de la red, tales como
frecuencia y tensin, contenidos de armnicos de las ondas de tensin y corriente,
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flickers, factor de potencia, transitorios electromagnticos rpidos y fluctuaciones de
tensin.
El trmino Calidad de Servicio prestado, se refiere a los criterios de confiabilidad del
servicio.
Cuando se detecten fenmenos que perjudiquen a usuarios conectados al SDL, el
operador de red, debe buscar la causa y solucionarlo en un plazo no mayor de 30 das,
y si el causante de este fenmeno es el usuario, tambin tendr el mismo plazo para
solucionarlo si al cabo de este tiempo no lo ha logrado, el operador de red podr
interrumpir su suministro.
El operador de red debe tener una pliza que respalde a los usuarios por daos y
perjuicios que se causen por el incumplimiento de los estandartes de la CPE. Adems
deben tener equipos de monitoreo, que permitan medir los estndares de CPE
suministrada.
La vigilancia de la calidad la realizan los propios usuarios y la Superintendencia de
Servicios Pblicos Domiciliarios, cuando los usuarios soliciten su intervencin.2.6. EVALUACIN DE LA CPE EN UN SDL.Con la base terica que se ha propuesto, se tienen los fundamentos necesarios para
proceder a la instancia siguiente que es el procedimiento para la evaluacin de la CPE
en un SDL.
Que se desea ahora simular en un software un sistema que se comporte como un SDL,
para esto es necesario apoyarse en un sistema conocido que emule el comportamiento
del SDL, de tal forma que se le puedan generar, en este simulador, eventos de la
calidad de la potencia del tipo corta duracin. De su comportamiento y respuesta se
podr determinar cual es la concordancia a un SDL real.
Este es el objetivo del siguiente captulo, crear un modelo que emule el comportamiento
real de un SDL.. Con respecto a la Figura 7 ya se ha avanzado en los captulos 1 y 2,
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teorizando el tema de la CPE y dejando el camino listo para tratar los temas de los
modelos para todo un SDL.
Figura 7. Avance de la investigacin en la CPE para eventos de corta duracin.
Determinaciny
caracterizacindel problema
Creacin delmodelo
topolgico paraTransmisin Y
Subtransmisin
Sistematizacindel modelo
topolgico paratransmisin y
Subtransmisin
Determinacinde
caractersticasy tendencias
En el captulo 2 se ha profundizado en la teora de la CPE con el fin de buscar una mejorcomprensin del tema de la CPE, tal que los resultados obtenidos sean mejor
comprendidos y analizados.
Captulos: 1 y 2
Captulo 3 Captulo 4 Captulo 6
Creacin delmodelo
topolgico y susistematizacin
para Distribucin
Captulo 5
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3. MODELACIN PARA LA SIMULACIN ESTOCSTICA DE LA CPE EN UN SDLPARA TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN.
3.1. REQUERIMIENTOS DE UNA MODELACIN.3.1.1. Introduccin.Tal como se ha establecido, existe la necesidad de evaluar la calidad de la potencia en los
sistemas de distribucin de energa locales, debido al impacto que la mala calidad de la
potencia genera sobre procesos industriales, comerciales y residenciales y que est
claramente relacionado.
Pero para la determinacin del impacto en estos procesos, hay que encontrar un mtodo
que evale los SDLs ante eventos de la CPE tal que se pueda establecer una correlacin
entre estos eventos y sus efectos en los procesos industriales, es aqu donde se presenta
un vaco sobre la forma de evaluarlo, como se expuso en los captulos precedentes, hay
dos claras tendencias, igualmente vlidas, medir directamente las variables elctricas que
determinan la calidad de la potencia, generar una gran base de datos con esta
informacin, hacer una evaluacin estadstica del comportamiento, determinar tendencias
o comportamientos y determinar lmites e indicadores.
Existe un segundo camino, igualmente vlido y que en las EEPPM han realizado trabajosal respecto, que se puede definir como una evaluacin indirecta de las mismas variables
de la calidad de la potencia que afectan los procesos industriales, que igualmente dan
tendencias o comportamientos y que permiten establecer lmites e indicadores
normalizables y regulables, adems permite la planeacin desde el punto de vista de la
CPE.
Con esta segunda tendencia, que es la base del presente trabajo, se pretende llenar un
vaco metodolgico, tal que permita corroborar o contrastar las mediciones realizadas
directamente de las variables de la calidad de la potencia.
Es importante resaltar que con este tipo de trabajos se explora un campo de la ingeniera
elctrica fundamental, que afecta directamente a la sociedad y su productividad, y del cual
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se puede obtener la caracterizacin de la Calidad de la Potencia Elctrica (CPE), para un
Sistema de Distribucin Local (SDL) ante fenmeno o eventos de corta duracin.
Debido a la importancia del tema se concluye que es necesario simular, evaluar,
caracterizar, definir, indicar, proponer nuevas tcnicas y tecnologas que redunden en una
mejora calidad de la potencia y a su vez mejoren los procesos productivos, de
comercializacin y de calidad de vida en los hogares.
Como se ha reiterado, la ncleo o tema central de este trabajo, es un mtodo alternativo
de caracterizacin de la CPE para un SDL tal que se pueden obtener indicadores o
tendencia para fenmenos de corta duracin, para esto es necesario la modelacin del
SDL que permita realizar las diferentes simulaciones, en este captulo se darn las bases
de la modelacin. Es procedente resaltar que este trabajo proporciona un elemento basede planeacin y diseo dirigido hacia los operadores de red, el cual no se basa en una
medida de CPE sino en una estimacin de esta con base en simulaciones. 3.1.2. Mtodos de valoracin de calidad de la potencia.La valoracin estocstica de los voltajes Sags sirve para determinar si un equipo es
compatible con su alimentacin elctrica. Para definir esta caracterizacin se deben de
seguir tres pasos:
Determinar el desempeo del sistema para un punto especfico en la alimentacin.
Esta accin puede llevarse a cabo haciendo monitoreos del alimentador por un
perodo de tiempo determinado, o haciendo estudios de prediccin estocstica, los
cuales cuantifican la medida de la gravedad de los eventos de corta duracin. Los
resultados son usados en la valoracin de la compatibilidad, con lo cual se tiene la
base para la caracterizacin de la CPE en un SDL para fenmenos de corta duracin.
Obtener la tolerancia del voltaje para el equipo. Este voltaje se puede determinar
basndose en el comportamiento del equipo para diferentes Sags de voltaje. sta
informacin puede ser suministrada por el fabricante del equipo.
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Tomando los resultados obtenidos de los pasos anteriores, se puede determinar con
qu frecuencia se espera que falle el equipo en un ao y as optar por mejorar o
acondicionar el desempeo del sistema o la tolerancia del equipo. En la Figura 8 seilustra tres etapas de la relacin sistema equipo determinadas por baja, media y altaCEM.
Figura 8. Correlacin de la compatibilidad electromagntica en CPE.Para la valoracin de las caractersticas estocsticas, se asume que la tolerancia de
voltaje para un dispositivo es la misma bajo todas las circunstancias, esto ayudar a
determinar el nmero esperado de disparos del equipo y su impacto econmico.3.2. MODELACIN SIMULADA MEDIANTE ATP DE UN SDL EN TRANSMISIN Y
SUBTRANSMISIN.3.2.1. Mtodo de posicionamiento de fallas. Mtodo de prediccin estocstica. La utilizacin de los mtodos indirectos
pueden ser aplicados para predecir y caracterizar los eventos en el sistema de
potencia, dando como resultado una metodologa predictiva para medir el
desempeo en cualquier punto del sistema y determinar la confiabilidad de los
usuarios. Se emplean tcnicas de modelaje, en unin con informacin histrica del
sistema, para determinar un valor esperado.
Estas tcnicas indirectas necesitan apoyarse en programas especializados en
simulaciones elctricas para lograr sta valoracin, lo cual sirve para determinar la
SLD
EQUIPO
SLD
EQUIPO
SLD
EQUIPO
Baja CEM Media CEM Alta CEM
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