analisis de variables electricas en la subestacion del transformador de 112,5 kva

8/18/2019 Analisis de Variables Electricas en La Subestacion Del Transformador de 112,5 KVA

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ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN

LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADORDE 112,5 KVA, EN EL EDIFICIO DE SISTEMAS

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

DATOS REGISTRADOS CON EL ANALIZADOR DEREDES ELÉCTRICAS

TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 18 DE SEPTIEMBRE HASTA 25 DESEPTIEMBRE DE 2006

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O.DAYANA PELAEZEstudiantes encargados del proyectoING. CARLOS ALBERTO RÍOS PORRASMATRÍCULA RS205 36147Director proyecto.

02 de mayo de 2007

PEREIRA


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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes Topas 1000 fue instalado en la subestación eléctrica del edificio deSistemas, durante el periodo de medición que empezó a las 11:00 a.m. del 18 de septiembrede 2006 y finalizó a las 11:00 a.m. del 25 de septiembre de 2006. En la medida noaparecieron los datos tomados a partir del sábado 23 de septiembre a las 4:00 p.m. en lasfases F2 (azul) y F3 (roja). Para el análisis se estudió el periodo desde las 11:00 a.m. del 18de septiembre de 2006 hasta las 4:00 p.m. del 23 de septiembre de 2006.

El transformador que alimenta al edificio tiene los siguientes valores nominales:

Potencia aparente: 112,5 kVA

Tensión primario: 13,2 kVCorriente primario: 4,92 A

Tensión secundario: 214 V – 123 VCorriente secundario: 304 A

Tensión de corto circuito = 2,59%Corriente de corto circuito ISCT: 0,19 kA

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación deledificio de Sistemas.

CALIDAD DE LA ENERGÍA:

Se analizaron los siguientes parámetros:

DIFERENCIA DE POTENCIAL (TENSIÓN O VOLTAJE):

La tensión en las fases permaneció entre el 90% (110,7 V) y el 110% (135,3 V) dela tensión nominal de acuerdo con la reglamentación vigente, aunque en algunosmomentos, en particular en las horas de la mañana entre las 10:00 a.m. y las 12:00m. la tensión en la fase F2 estuvo por debajo del límite inferior del 90% de latensión nominal.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 126,57 V, 122,7 V y

126,46 V, respectivamente.

La tensión entre neutro y tierra permaneció por debajo de 0,2 V.

CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 304 A. En los periodos de actividadacadémica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de lascorrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 220,34 A, 302,14A y 189,33 A, respectivamente.


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En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la corriente enlas fases F1 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 88 A, 133 A y 30 A,respectivamente.

Existe un problema de balance de fases, la fase F2 tiene más carga y la fase F3 tienemenos carga.

Existe una probabilidad de 70% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 yF3 sea superior a 93,887 A, 137,03 A y 39,802 A. Existe una probabilidad de 30%de que sea superior a 168,65 A, 241,23 A y 140,61 A y una probabilidad de 10%de sea superior a 185,75A, 270,26 A y 166,07 A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1, F2 y F3 fueron 360,93 A,547,44 A y 573,07A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corrienteen el neutro fue de 162,33 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fueaproximadamente 40 A.

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 378,25 A.

Distribución de probabilidad de los valores promedio para las corrientes en cada fase

Corriente promedio en el neutro


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POTENCIAS

Existe una probabilidad de 65,421% de que la potencia activa trifásica sea

superior a 32,389 kW; una probabilidad de 31,776% de sea superior a 60,333 kW yuna probabilidad de 9,746% de que sea superior a 68,215 kW.

La potencia reactiva en la fase F1 tuvo un comportamiento capacitivo con un valorextremo de -11,606 kVAr. Las fases F2 y F3 tuvieron un comportamiento inductivocon valores hasta de 8,039 kVAr y 3,460 kVAr, respectivamente.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue75,561 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador que alimentaal edificio de Sistemas fue 67,16 %., lo que indica que el transformador de 112,5KVA trabaja durante la mayor parte del tiempo con una carga baja aunque presentó

varios picos de demanda de corta duración en los que se alcanzaron valores hasta de181,66 KVA, presentando un factor de utilización de 161,47%.

Existe una probabilidad de 69,426% de que la potencia aparente trifásica seasuperior a 32,223 kVA; una probabilidad de 30,174% de que sea superior a 63,219kVA y una probabilidad de 10,28% de que superior a 70,599 kVA.

Existe una probabilidad de 65,821% de que la máxima potencia aparente trifásicasea superior a 46,154 kVA y una probabilidad de 10,913% de que sea superior a81,752 kVA.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.):

Ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F2 (azul) llegando avalores de 30 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F1 (amarillo) y la faseF3 (roja), los mayores valores de potencia para estas fases fueron 24,6 kW y 22,11kW respectivamente.

El mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 73,947 kW.

En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.):

La demanda de potencia activa en las fases F1, F2 y F3 permanecióaproximadamente constante con valores de 10 kW, 14 kW y 2,6 kW,respectivamente.

Se produjo un consumo constante de la potencia activa trifásica con valoraproximado de 26,888 kW.

La potencia aparente trifásica fue 29 kVA con un factor de utilización de 25,78%


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Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio)

FACTOR DE POTENCIA

La fase F1 tuvo variaciones entre 0,9 en adelanto y 0,99 en adelanto; el 19 deseptiembre de 2007 a las 9:30 p.m. se presentó un pico con valor de 0,296 enadelanto. Las fases F2 y F3 permanecieron cerca de 0,95 en atraso, en la fase F3 se presentaron unos cambios bruscos que hicieron que la fase tuviera uncomportamiento capacitivo en el periodo de tiempo desde 18 de septiembre a las11:30 p.m. hasta el 19 de septiembre de 2006 a las 3:10 a.m.

El factor de potencia total estuvo por encima del mínimo especificado en la

reglamentación vigente, su valor fue aproximadamente de 0,93 en atraso.

ENERGÍA

Durante el periodo de medición el consumo de energía activa fue de 5,918 MWh,suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante un mes seobtiene 23 672 kWh. Respecto a la Universidad, el edificio de Sistemas representael 12,2% del consumo de energía.

Consumo mensual aproximado 23 672 kWh

Tarifa $ 184,68/kWh

Valor aproximado mensual $ 4 371 744,96Valor del pago de energía de laUniversidad del 6 de Septiembreal 4 de Octubre De 2006 $ 35 957 196


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El consumo de energía reactiva fue 557,67 kVArh.

TENSIONES ARMÓNICAS

La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el EstándarIEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en los días de actividadacadémica la fase F2 tuvo el mayor valor de 8,864%. Además, en el intervalo detiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m. también se superó el límite del 5%,la fase F3 presentó los valores más extremos llegando hasta 9,485%.

El 100% de los datos medidos en las fases F1, F2 y F3 superó el 3,231% de THDv,el 4,04% de THDv y el 3,481% de THDv, respectivamente. Para las fases F1, F2 yF3 existe una probabilidad del 70% que el THDv sea superior a 5,164%, 5,5895 y5,352%, respectivamente; una probabilidad del 30% de que el THDv sea superior a6,654%, 7,627% y 6,79% respectivamente y una probabilidad del 10% de que el

THDv sea superior a 7,298%, 8,214% y 7,36%, respectivamente. En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las

tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2y F3 fue de 5,297 V, 6,001 V y 5,968 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividadacadémica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F2 el mayor valor fue7,062 V.

La tensión armónica de orden 5 se incrementó en entre las 10:00 p.m. y las 4:00a.m., o sea en los periodos en que no hay actividad académica, el mayor valor fue11,329 V.

CORRIENTES ARMÓNICAS

En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los deorden 3, 5, 7, 9, 11 y 13:

Orden armónicoFases

3 5 7 9 11 13F1 24,301 A 7,396 A 5,535 A 4,675 A 1,636 A 2,271 AF2 35,941 A 8,392 A 8,096 A 2,810 A 2,716 A 1,064 AF3 27,681 A 5,618 A 4,797 A 3,359 A 1,715 A 1,801 A

DIAGRAMA DE ENERGIA DE UN MES

Universidad 87,8%Edificio Sistemas 12,2%


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La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento distinto en cada una de

las fases F1, F2 y F3, alcanzando valores de 14,761 A, 17,952 A y 10,193 A,respectivamente.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), lascorrientes armónicas se incrementaron para los órdenes:

Orden 3, hasta 59,929 A en la fase F2. Orden 7, hasta 12,367 A, 14,808 A y 8,51 A para las fases F1, F2 y F3,

respectivamente. Orden 9, hasta 7,306 A, 4,541 A y 6,099 A para las fases F1, F2 y F3,



respectivamente.


Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente armónica de orden 3 en las fasesF1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 8,9 A, 14,8 A y 1,9 A,respectivamente.

Espectro de distorsión armónica de corriente en F2

EVENTOS DE TENSIÓN

No ocurrieron sobre tensiones en las fases.


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Sucedieron 4 205 huecos de tensión (dips), de ellos los dips que implican un riesgo para los equipos electrónicos son: Fase F1 dos dips, fase F2 tres dips, fase F3 un

dip. Entre las causas más frecuentes de este fenómeno están las conexionesinestables en los conductores, las condiciones de falla en los sistemas eléctricos y laenergización de grandes cargas eléctricas.

Fase F1

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)58,295 9,258%91,719 55,756%

Fase F2

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)74,951 5,038%191,78 44,592%33,328 86,62%

Fase F3

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)74,951 8,343%

En las tres fases se dieron 3 interrupciones de tensión de corta duración con unamagnitud de 0,06% de V N y una duración de 1,034 s.

DESBALANCES DE TENSIÓN

En el periodo de medida existieron dos intervalos de tiempo para los cuales eldesbalance de tensión fue superior al 2% (valor que fue establecido por lareglamentación vigente): (1) entre las 5:40 p.m. y las 10:50 p.m. y (2) entre las 8:00a.m. y las 2:00 p.m.

RECOMENDACIONES

Realizar un balance de cargas, la fase F2 (azul) es la más cargada tanto en los periodos de actividad académica como de receso.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de tensión y corriente.

Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a los eventos detensión.


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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 21. DEFINICIONES.............................................................................................................32. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................... 33. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................... 34. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO......................................................................... 35. REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ........................................................... 3

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:..................................... 35.2 CORRIENTES ....................................................................................................... 35.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE: ........................................... 35.4 FACTOR DE POTENCIA ..................................................................................... 35.5 ENERGÍA...............................................................................................................3

5.5.1. ENERGÍA ACTIVA ...................................................................................... 35.5.2. ENERGÍA REACTIVA ................................................................................. 3

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS ................................................................................. 35.7 CORRIENTES ARMÓNICAS .............................................................................. 35.8 EVENTOS DE TENSIÓN ..................................................................................... 35.9 DESBALANCES DE TENSIÓN ........................................................................... 3

6. CONCLUSIONES..........................................................................................................37. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 3

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador...............3Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ............................................................. 3Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 .............. 3Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) ................................................................ 3Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1 ......... 3Tabla 6. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2 ......... 3Tabla 7. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3 ......... 3

LISTA DE FIGURASFigura 1. Fotos de la instalación del Topas ............................................................................ 3Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro durante todo el periodo de medida .................... 3Figura 3. Tensión promedio línea – línea durante todo el periodo de medida ....................... 3Figura 4. Tensión promedio Fase – Neutro............................................................................3Figura 5. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase..3Figura 6. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3.............................................3Figura 7. Tensión promedio en el neutro................................................................................3Figura 8. Corrientes promedio en las fases ............................................................................ 3


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Figura 9. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las corrientes en cadafase..................................................................................................................................3

Figura 10. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................3

Figura 11. Corriente promedio en el neutro ........................................................................... 3Figura 12. Corriente máxima en el neutro..............................................................................3Figura 13. Valores promedio de la potencia activa en cada fase............................................3Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica......................................................3Figura 15. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica..............................3Figura 16. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases ................................................ 3Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente trifásica (kVA)...................................3Figura 18. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio).......3Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente trifásica (kVA)....................................3Figura 20. Distribución de probabilidad la potencia aparente trifásica (máximos)................3Figura 21. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ......................................................... 3

Figura 22. Factor de potencia total.........................................................................................3Figura 23. Energía activa........................................................................................................3Figura 24. Diagrama de energía reactiva................................................................................3Figura 25. Distorsión armónica total de la tensión (THDv)...................................................3Figura 26. Distribución de probabilidad para THDv..............................................................3Figura 27. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1................................................3Figura 28. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2................................................3Figura 29. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3................................................3Figura 30. Tensión armónica de orden 3................................................................................3Figura 31. Tensión armónica de orden 5................................................................................3Figura 32. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ............................................. 3

Figura 33. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ............................................. 3Figura 34. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ............................................. 3Figura 35. Corriente armónica de orden 3..............................................................................3Figura 36. Corriente armónica de orden 5 en F1....................................................................3Figura 37. Corriente armónica de orden 5 en F2....................................................................3Figura 38. Corriente armónica de orden 5 en F3....................................................................3Figura 39. Corriente armónica de orden 7..............................................................................3Figura 40. Corriente armónica de orden 9..............................................................................3Figura 41. Corriente armónica de orden 11............................................................................3Figura 42. Corriente armónica de orden 13............................................................................3Figura 43. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA...........................................3

Figura 44. Huecos de tensión (dips) en las fases F1, F2 y F3................................................ 3Figura 45. Tensión de secuencia cero.....................................................................................3Figura 46. Tensión de secuencia positiva...............................................................................3Figura 47. Tensión de secuencia negativa..............................................................................3

Figura 48. DesbalanceV

V

....................................................................................................3


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1. DEFINICIONES

Curva CBEMA: Gráfica que indica los niveles de tolerancia de los equipos de cómputoante los disturbios en la tensión de alimentación.

CREG: Comisión de Regulación de Energía y Gas

FACTOR DE UTILIZACIÓN: Factor que mide la cargabilidad de un transformador, unvalor inferior a 1 indica que el sistema eléctrico está subdimensionado, se calcula según la

ecuación: max *100%nom

kVA Fu

kVA

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red

THDV: Distorsión armónica total de tensión

TDD: Distorsión de demanda total

THDI: Distorsión armónica total de corriente

VN: Tensión nominal (V)

2. RESOLUCIONES Y NORMAS

RESOLUCIÓN CREG 107 – 2007 (www.creg.gov.co) RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 ESTÁNDAR IEEE 519


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3. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR

Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en elsecundario del transformador de 112,5 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación deconexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador

TRANSFORMADOR CANALES

ANALIZADOR

ABB Tensión Corriente

Fase 1 (F1) 1 5

Fase 2 (F2) 2 6

Fase 3 (F3) 3 7 Neutro 4 8

Periodo de medición:Inicio: lunes 18 de septiembre de 2006 a las 11:00 a.m.Parada: lunes 25 de septiembre de 2006 a las11:10 a.m.

Procesamiento digital de las señales eléctricas:

Para cada una de las señales eléctricas registradas se realizó un promedio de los valores enintervalos de 10 minutos, para el mismo intervalo se conservaron los valores máximos ymínimos de las señales.

Nota:En la medida no aparecen datos tomados a partir del Sábado 23 de Septiembre a las 4:00 p.m. en las fases F2 y F3 (Azul y Roja respectivamente), pues al momento de parada, las pinzas relacionadas con estas se encontraron desconectadas (en el piso) sin razón alguna.Sin embargo, los datos tomados son aptos para realizar el informe.

Para el análisis se estudia el periodo desde las 11:00 a.m. del 18 de septiembre de 2006hasta las 4:00 p.m. del 23 de septiembre de 2006.


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Figura 1. Fotos de la instalación del Topas

F1

F2

F3


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4. DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

TRANSFORMADOR:

Potencia aparente: 112,5 kVA


Tensión secundario: 214 V – 123 VCorriente secundario: 304 A

Tensión de corto circuito = 2,59%Corriente de corto circuito ISCT: 0,19 kA

TENSIONES NOMINALES:

Tensión primario: 13,2 kVTensión secundario: 214 V – 123 V


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5. REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:

Según la resolución CREG 024 – 2005, (numeral 6.2.1.1, “Desviaciones de lafrecuencia y magnitud de la tensión estacionaria”) con la cual se modifica elreglamento de distribución de energía eléctrica (resolución CREG 070 – 1998), seestablece que: “Las tensiones en estado estacionario a 60 Hz no podrán serinferiores al 90% de la tensión nominal ni ser superiores al 110% de estadurante un periodo superior a un minuto”.

Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005

TENSIÓN NOMINALSECUNDARIO (VN)

LÍMITE INFERIOR(90%VN)

LÍMITE SUPERIOR(110%VN)

214 V 192,6V 235,4 V123 V 110,7 V 135,3 V

En la medida no aparecieron los datos tomados a partir del sábado 23 de septiembre alas 4:00 p.m. en las fases F2 (azul) y F3 (roja). Para el análisis se estudió el periododesde las 11:00 a.m. del 18 de septiembre de 2006 hasta las 4:00 p.m. del 23 deseptiembre de 2006. En la Figura 2 y en la Figura 3, aparecen las tensiones de fase yde línea en todo el periodo de medida.

La tensión en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% yel 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), conuna mayor tendencia hacia el límite inferior. En algunos momentos, en particular enlas horas de la mañana entre las 10:00 a.m. y las 12:00 m. la tensión en la fase F2estuvo por debajo del límite inferior del 90% de la tensión nominal, llegando hasta unvalor mínimo de 108,74V, Figura 4.

Existe una probabilidad del 10,014% de que el promedio de la tensión en las fases F1,F2 y F3 sea superior a 124,16 V, 119,83 V y 123,46 V, respectivamente, Figura 5.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 126,57 V, 122,7 V y126,46 V, respectivamente, Figura 6.

La tensión entre neutro y tierra permaneció por debajo de 0,2 V, Figura 7.


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Figura 4. Tensión promedio Fase – Neutro

Figura 5. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase

110,7 V

F1

F2

F3


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Figura 6. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3

Figura 7. Tensión promedio en el neutro


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5.2 CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 304 A. En los periodos de actividadacadémica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de lascorrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo) fueron 220,34 A, 302,14 Ay 189,33 A, respectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hastalas 6:00 a.m.), la corriente en las fases F1 y F3 tuvo valores aproximadamenteconstantes de 88 A, 133 A y 30 A, respectivamente. De la observación anterior, seconcluye que la fase F3 tiene menos carga que las fases F1 y F2 y que la fase F2 es lamás cargada, y que por lo tanto, existe un problema de balance de fases. Figura 8.

Existe una probabilidad de 70% de que la corriente promedio en las fases F1, F2 y F3sea superior a 93,887 A, 137,03 A y 39,802 A. Existe una probabilidad de 30% deque sea superior a 168,65 A, 241,23 A y 140,61 A y una probabilidad de 10% de sea

superior a 185,75A, 270,26 A y 166,07 A. Figura 9.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo)fueron 360,93 A, 547,44 A y 573,07A, respectivamente, Figura 10.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de la corrienteen el neutro fue de 162,33 A; en los periodos de receso, la corriente en el neutro fueaproximadamente 40 A, Figura 11.

En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 378,25 A, Figura 12.

Figura 8. Corrientes promedio en las fases

ACTIVIDAD ACADÉMICA


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Figura 9. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las corrientes en cada fase

Figura 10. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3

F1

F2

F3


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Figura 11. Corriente promedio en el neutro

Figura 12. Corriente máxima en el neutro



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5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.),ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F2 (azul) llegando a valoresde 30 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F1 (amarillo) y la fase F3 (roja),los mayores valores de potencia para estas fases fueron 24,6 kW y 22,11 kWrespectivamente. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.),la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamenteconstante con valores de 10 kW, 14 kW y 2,6 kW, respectivamente, Figura 13.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásicafue aproximadamente 73,947 kW y en el periodo de receso se produjo un consumo

constante con valor aproximado de 26,888 kW, Figura 14.

Existe una probabilidad de 65,421% de que la potencia activa trifásica sea superior a32,389 kW; una probabilidad de 31,776% de sea superior a 60,333 kW y una probabilidad de 9,746% de que sea superior a 68,215 kW, Figura 15.

La potencia reactiva en la fase F1 (amarillo) tuvo un comportamiento capacitivo conun valor extremo de -11,606 kVAr. Las fases F2 (azul) y F3 (rojo) tuvieron uncomportamiento inductivo con valores extremos de 8,039 kVAr y 3,460 kVAr,respectivamente, Figura 16.El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica fue

75,561 kVA, (Figura 17), para este valor, el factor de utilización del transformadorque alimenta al edificio de Sistemas fue 67,16 %:

max 75,561100% 100% 67,16%112,5nom

kVA kVA Fu

kVA kVA

En los periodos de inactividad académica, la potencia aparente trifásica fue 29 kVAcon un factor de utilización de 25,78%, Figura 17.

Existe una probabilidad de 69,426% de que la potencia aparente trifásica sea superior

a 32,223 kVA; una probabilidad de 30,174% de que sea superior a 63,219 kVA y una probabilidad de 10,28% de que superior a 70,599 kVA, Figura 20.

El máximo valor instantáneo de la potencia aparente trifásica fue de 181,66 kVA, elcual ocurrió el 23 de octubre a las 4:00 p.m., (Figura 19). El factor de utilización deltransformador fue 161,47%.

Existe una probabilidad de 65,821% de que la máxima potencia aparente trifásica seasuperior a 46,154 kVA y una probabilidad de 10,913% de que sea superior a 81,752kVA, Figura 20.


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Figura 13. Valores promedio de la potencia activa en cada fase

Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica


F1F2

F3


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Figura 15. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica

Figura 16. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases


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Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente trifásica (kVA)

Figura 18. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio)



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Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente trifásica (kVA)

Figura 20. Distribución de probabilidad la potencia aparente trifásica (máximos)


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5.4 FACTOR DE POTENCIA

La fase F1 tuvo un comportamiento capacitivo, el factor de potencia tuvo variacionesentre 0,9 en adelanto y 0,99 en adelanto; el 19 de septiembre de 2007a las 9:30 p.m.se presentó un pico con valor de 0,296 en adelanto. Las fases F2 y F3 tuvieron uncomportamiento inductivo, permaneciendo cerca de 0,95 en atraso, en la fase F3 se presentaron unos cambios bruscos que hicieron que la fase tuviera uncomportamiento capacitivo en el periodo de tiempo desde 18 de septiembre a las11:30 p.m. hasta el 19 de septiembre de 2006 a las 3:10 a.m. Figura 21.

El factor de potencia total fue aproximadamente de 0,93 en atraso, Figura 22.

Figura 21. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3.

F1F2F3


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Figura 22. Factor de potencia total


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5.5 ENERGÍA

5.5.1. ENERGÍA ACTIVA

El consumo de energía activa fue de 5,918 MWh, Figura 23.

Figura 23. Energía activa

El periodo de medición involucró el recibo de cobro de la empresa de Energía a laUniversidad, que involucra el periodo del 6 de Septiembre al 4 de Octubre de 2006.

Total periodo de medida $ 184,68 5 918 $ 1 092 936,24

Para comparar el consumo de energía activa del edificio de Sistemas respecto a laUniversidad, sin incluir el consumo del Bloque L y del Vivero, se multiplica el valordel consumo durante el periodo de medición por cuatro (4), se supone que elcomportamiento de la demanda es igual durante todas las semanas.

Tarifa kWh. Consumo kWh Valor

5,918 MWh

F1F2F3SUMA


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Consumo mensual aproximado 23 672 kWh

Tarifa $ 184,68/kWh

Valor aproximado mensual $ 4 371 744,96

Valor del pago de energía de la

Universidad del 6 de Septiembreal 4 de Octubre De 2006 $ 35 957 196

Universidad 87,8%Edificio Sistemas 12,2%

DIAGRAMA DE ENERGIA DE UN MES


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5.5.2. ENERGÍA REACTIVA

El consumo de energía reactiva fue 557,67 kVArh, Figura 24.

Figura 24. Diagrama de energía reactiva

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS

Las normas en Colombia, definen un máximo de distorsión armónica de tensión(THDV) en la frontera comercial entre el cliente y el Operador de Red (OR), esta

frontera también se conoce como el punto de acople común (PCC). El punto donde seconectó el TOPAS 1000 no corresponde al PCC y por lo tanto no aplica la resoluciónCREG 024 – 2005.

Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519

Tensión del Sistema THDV Máximo (%)

Niveles de tensión < 1kV 5,0

557,67 KVArh

F1F2F3SUMA

F3


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32/52

2

1

1

100%

n

h

h

V

THDv

V

La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el EstándarIEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en los días de actividadacadémica la fase F2 tuvo el mayor valor extremo de 8,864%. Además, en elintervalo de tiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m. también se superó ellímite del 5%, la fase F3 presentó los valores más extremos llegando hasta 9,485%,Figura 25.

El 100% de los datos medidos en las fases F1, F2 y F3 superó el 3,231% de THDv, el

4,04% de THDv y el 3,481% de THDv, respectivamente. Para las fases F1, F2 y F3existe una probabilidad del 70% que el THDv sea superior a 5,164%, 5,5895 y5,352%, respectivamente; una probabilidad del 30% de que el THDv sea superior a6,654%, 7,627% y 6,79% respectivamente y una probabilidad del 10% de que elTHDv sea superior a 7,298%, 8,214% y 7,36%, respectivamente, Figura 26.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. En las tresfases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en las fases F1, F2 y F3fue de 5,297 V, 6,001 V y 5,968 V, respectivamente, Figura 27, Figura 28 y Figura29.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividadacadémica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F2 el mayor valor fue7,062 V, Figura 30.

La tensión armónica de orden 5 se incrementó en entre las 10:00 p.m. y las 4:00 a.m.,o sea en los periodos en que no hay actividad académica, el mayor valor fue 11,329V, Figura 31.


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Figura 25. Distorsión armónica total de la tensión (THDv)

Figura 26. Distribución de probabilidad para THDv

ACTIVIDAD ACADÉMICA F1F2

F3

F1F2F3


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Figura 27. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1



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Figura 30. Tensión armónica de orden 3



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Figura 31. Tensión armónica de orden 5

5.7 CORRIENTES ARMÓNICAS

En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud son los deorden 3, 5, 7, 9, 11 y 13, Figura 32 , Figura 33, Figura 34, Tabla 4.

Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio)



La corriente armónica de orden 3 aumentó en los días de actividad académica hastavalores de 59,929 A en la fase F2. Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente enlas fases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 8,9 A, 14,8 A y 1,9A, respectivamente, Figura 35.

La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento distinto en cada una de lasfases F1, F2 y F3, alcanzando valores de 14,761 A, 17,952 A y 10,193 A,respectivamente, Figura 36, y Figura 38.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en los días de actividad académicahasta valores de 12,367 A, 14,808 A y 8,51 A para las fases F1, F2 y F3,respectivamente, Figura 39.



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La corriente armónica de orden 13 tuvo un aumento en los días de actividadacadémica hasta valores de 4,221 A, 2,409 A y 3,421 A para las fases F1, F2 y F3,respectivamente, Figura 42.

Figura 32. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1


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Figura 35. Corriente armónica de orden 3

Figura 36. Corriente armónica de orden 5 en F1

ACTIVIDADACADÉMICA


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40/52




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41/52




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5.8 EVENTOS DE TENSIÓN

En Colombia, con la resolución CREG 024 – 2005 se realiza una clasificación de loseventos de tensión que afectan la calidad de la potencia, pero no se definen losvalores aceptables o tolerables ni la forma de compensarlos en caso de que existan.

La tensión nominal de las fases es 123 V, y los límites de tensión dados en laresolución CREG 024-2005 son 0, 9 1,1 N N N V V V o sea que la tensión en las fases

debe estar dentro del rango de 110,7 123 135,3 .V V V

Para el análisis de esta medición hecha con el analizador Topas 1000 se utiliza laclasificación de eventos de la curva CBEMA, en la cual en un sistema coordenado setraza el porcentaje de variación de la tensión nominal respecto a la duración del

evento, los valores que están por fuera de la incumbente superior o los que estén pordebajo de la incumbente inferior son los que podrían ser más perjudiciales para losequipos electrónicos. De acuerdo a la curva CBEMA se presentaron los siguienteseventos, Figura 43:


Sucedieron 4205 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 2 dips fuera de laincumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 1 dip para la fase F3, Figura 44,Tabla 5, Tabla 6 y Tabla 7.

Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)

58,295 9,258%91,719 55,756%

Tabla 6. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2


Tabla 7. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)74,951 8,343%

En las tres fases se dieron 3 interrupciones de tensión de corta duración con unamagnitud de 0,06% de V N y una duración de 1,034 s.


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Figura 43. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA

Figura 44. Huecos de tensión (dips) en las fases F1, F2 y F3

F2F1 F3


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5.9 DESBALANCES DE TENSIÓN

El desbalance de tensión se mide como el cociente entre la tensión de secuencia

negativa y la tensión de secuencia positiva V V

y debe permanecer por debajo

del 2%, existen dos periodos en los cuales el desbalance se incrementó abruptamente:(1) entre las 5:40 p.m. y las 10:50 p.m. y (2) entre las 8:00 a.m. y las 2:00 p.m.,Figura 45, Figura 46, Figura 47 y Figura 48.

Figura 45. Tensión de secuencia cero


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Figura 46. Tensión de secuencia positiva

Figura 47. Tensión de secuencia negativa


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Figura 48. DesbalanceV

V

2%


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6. CONCLUSIONES

DIFERENCIA DE POTENCIAL (TENSIÓN O VOLTAJE):

La tensión en las fases permaneció entre el 90% (110,7 V) y el 110% (135,3V) de la tensión nominal de acuerdo con la reglamentación vigente, aunque enalgunos momentos, en particular en las horas de la mañana entre las 10:00a.m. y las 12:00 m. la tensión en la fase F2 estuvo por debajo del límiteinferior del 90% de la tensión nominal.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 126,57 V,122,7 V y 126,46 V, respectivamente.

La tensión entre neutro y tierra permaneció por debajo de 0,2 V.

CORRIENTES

La corriente nominal para cada fase es de 304 A. En los periodos deactividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayoresvalores de las corrientes en las fases F1 (amarillo), F2 (azul) y F3 (rojo)fueron 220,34 A, 302,14 A y 189,33 A, respectivamente.

En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), lacorriente en las fases F1 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 88

A, 133 A y 30 A, respectivamente. Existe un problema de balance de fases, la fase F2 tiene más carga y la fase F3

tiene menos carga. Existe una probabilidad de 70% de que la corriente promedio en las fases F1,

F2 y F3 sea superior a 93,887 A, 137,03 A y 39,802 A. Existe una probabilidad de 30% de que sea superior a 168,65 A, 241,23 A y 140,61 A yuna probabilidad de 10% de sea superior a 185,75A, 270,26 A y 166,07 A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1, F2 y F3 fueron 360,93A, 547,44 A y 573,07A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor del promedio de lacorriente en el neutro fue de 162,33 A; en los periodos de receso, la corriente

en el neutro fue aproximadamente 40 A. En el neutro, la máxima corriente instantánea fue de 378,25 A.

POTENCIAS

Existe una probabilidad de 65,421% de que la potencia activa trifásica seasuperior a 32,389 kW; una probabilidad de 31,776% de sea superior a 60,333kW y una probabilidad de 9,746% de que sea superior a 68,215 kW.

La potencia reactiva en la fase F1 tuvo un comportamiento capacitivo con un

valor extremo de -11,606 kVAr. Las fases F2 y F3 tuvieron un


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comportamiento inductivo con valores hasta de 8,039 kVAr y 3,460 kVAr,respectivamente.

El mayor valor de los datos promediados para la potencia aparente trifásica

fue 75,561 kVA, para este valor, el factor de utilización del transformador quealimenta al edificio de Sistemas fue 67,16 %., lo que indica que eltransformador de 112,5 KVA trabaja durante la mayor parte del tiempo conuna carga baja aunque presentó varios picos de demanda de corta duración enlos que se alcanzaron valores hasta de 181,66 KVA, presentando un factor deutilización de 161,47%.

Existe una probabilidad de 69,426% de que la potencia aparente trifásicasea superior a 32,223 kVA; una probabilidad de 30,174% de que sea superiora 63,219 kVA y una probabilidad de 10,28% de que superior a 70,599 kVA.

Existe una probabilidad de 65,821% de que la máxima potencia aparentetrifásica sea superior a 46,154 kVA y una probabilidad de 10,913% de que

sea superior a 81,752 kVA.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.):

Ocurrió la mayor demanda de potencia activa en la fase F2 (azul) llegandoa valores de 30 kW. Las fases con menos carga fueron la fase F1 (amarillo) yla fase F3 (roja), los mayores valores de potencia para estas fases fueron 24,6kW y 22,11 kW respectivamente.

El mayor valor de la potencia activa trifásica fue aproximadamente 73,947kW.


La demanda de potencia activa en las fases F1, F2 y F3 permanecióaproximadamente constante con valores de 10 kW, 14 kW y 2,6 kW,respectivamente.

Se produjo un consumo constante de la potencia activa trifásica con valoraproximado de 26,888 kW.

La potencia aparente trifásica fue 29 kVA con un factor de utilización de25,78%

FACTOR DE POTENCIA

La fase F1 tuvo variaciones entre 0,9 en adelanto y 0,99 en adelanto; el 19 deseptiembre de 2007 a las 9:30 p.m. se presentó un pico con valor de 0,296 enadelanto. Las fases F2 y F3 permanecieron cerca de 0,95 en atraso, en la faseF3 se presentaron unos cambios bruscos que hicieron que la fase tuviera uncomportamiento capacitivo en el periodo de tiempo desde 18 de septiembre alas 11:30 p.m. hasta el 19 de septiembre de 2006 a las 3:10 a.m.

El factor de potencia total estuvo por encima del mínimo especificado en lareglamentación vigente, su valor fue aproximadamente de 0,93 en atraso.


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ENERGÍA

Durante el periodo de medición el consumo de energía activa fue de 5,918MWh, suponiendo que el comportamiento de la demanda es igual durante unmes se obtiene 23 672 kWh. Respecto a la Universidad, el edificio deSistemas representa el 12,2% del consumo de energía.


TENSIONES ARMÓNICAS

La mayoría de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en elEstándar IEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), en los

días de actividad académica la fase F2 tuvo el mayor valor de 8,864%.Además, en el intervalo de tiempo desde las 10:00 p.m. hasta las 4:00 a.m.también se superó el límite del 5%, la fase F3 presentó los valores másextremos llegando hasta 9,485%.

El 100% de los datos medidos en las fases F1, F2 y F3 superó el 3,231% deTHDv, el 4,04% de THDv y el 3,481% de THDv, respectivamente. Para lasfases F1, F2 y F3 existe una probabilidad del 70% que el THDv sea superior a5,164%, 5,5895 y 5,352%, respectivamente; una probabilidad del 30% de queel THDv sea superior a 6,654%, 7,627% y 6,79% respectivamente y una probabilidad del 10% de que el THDv sea superior a 7,298%, 8,214% y7,36%, respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5, 7 y 9. Enlas tres fases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor promedio, en lasfases F1, F2 y F3 fue de 5,297 V, 6,001 V y 5,968 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 3 se incrementó en los periodos de actividadacadémica, desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m., en la fase F2 el mayorvalor fue 7,062 V.

La tensión armónica de orden 5 se incrementó en entre las 10:00 p.m. y las4:00 a.m., o sea en los periodos en que no hay actividad académica, el mayorvalor fue 11,329 V.

CORRIENTES ARMÓNICAS

En las fases F1, F2 y F3, los armónicos de corriente de mayor magnitud sonlos de orden 3, 5, 7, 9, 11 y 13:




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La corriente armónica de orden 5 tuvo un comportamiento distinto en cadauna de las fases F1, F2 y F3, alcanzando valores de 14,761 A, 17,952 A y10,193 A, respectivamente.

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), lascorrientes armónicas se incrementaron para los órdenes:

Orden 3, hasta 59,929 A en la fase F2. Orden 7, hasta 12,367 A, 14,808 A y 8,51 A para las fases F1, F2 y F3,




respectivamente.


Entre las 10:00 p.m. y las 6:00 a.m., la corriente armónica de orden 3 en lasfases F1, F2 y F3 tuvo valores aproximadamente constantes de 8,9 A, 14,8 Ay 1,9 A, respectivamente.

EVENTOS DE TENSIÓN


Sucedieron 4 205 huecos de tensión (dips), de ellos los dips que implican unriesgo para los equipos electrónicos son: Fase F1 dos dips, fase F2 tres dips,fase F3 un dip. Entre las causas más frecuentes de este fenómeno están lasconexiones inestables en los conductores, las condiciones de falla en lossistemas eléctricos y la energización de grandes cargas eléctricas.

Fase F1

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)58,295 9,258%91,719 55,756%

Fase F2


Fase F3

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)

74,951 8,343%


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En las tres fases se dieron 3 interrupciones de tensión de corta duración conuna magnitud de 0,06% de V N y una duración de 1,034 s.

DESBALANCES DE TENSIÓN

En el periodo de medida existieron dos intervalos de tiempo para los cuales eldesbalance de tensión fue superior al 2% (valor que fue establecido por lareglamentación vigente): (1) entre las 5:40 p.m. y las 10:50 p.m. y (2) entrelas 8:00 a.m. y las 2:00 p.m.

7. RECOMENDACIONES

Realizar un balance de cargas, la fase F2 (azul) es la más cargada tanto en los periodos de actividad académica como de receso.

Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de tensión y corriente.

Utilizar reguladores de tensión en los equipos electrónicos sensibles a loseventos de tensión.


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ANÁLISIS DE VARIABLES ELÉCTRICAS EN

LA SUBESTACIÓN DEL TRANSFORMADORDE 150 KVA, EN EL EDIFICIOADMINISTRATIVO

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

DATOS REGISTRADOS CON EL ANALIZADOR DEREDES ELÉCTRICAS

TOPAS 1000

PERIODO DE MEDIDA: 31 DE OCTUBRE HASTA01 DE NOVIEMBRE DE 2007

ANÁLISIS POR: OSCAR JAVIER VÉLEZ O.DAYANA PELÁEZ

Estudiantes encargados del proyectoING. CARLOS ALBERTO RÍOS P.MATRÍCULA RS205 36147Director proyecto.

Noviembre de 2007

PEREIRA


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EDIFICIO ADMINISTRATIVO

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RESUMEN EJECUTIVO

El analizador de redes TOPAS 1000 fue instalado en la subestación de administración deledificio Administrativo en la Universidad Tecnológica de Pereira durante el periodo demedición que empezó el miércoles 31 de octubre de 2007 a las 12 p.m. y finalizó a las 12 p.m. del 01 de noviembre de 2007.

El transformador que alimenta el edificio tiene los siguientes valores nominales:

Potencia aparente: 150 kVA


Tensión secundario: 208V– 214V-123VCorriente secundario: 404,68A

El equipo Topas 1000 fue conectado en el nivel de tensión secundario de la subestación deledificio Administrativo.

CALIDAD DE LA ENERGÍA:

Se analizaron los siguientes parámetros:

DIFERENCIA DE POTENCIAL (TENSIÓN O VOLTAJE)

La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90%y el 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), se presento una caída de voltaje para las tres fases de la siguiente manera: el díasábado 03 noviembre a las 11:20 a.m. el voltaje se encontraba en 114,79V cayo a0V y a las 11:40 a.m. regreso a un estado normal de 115,04V.

Existe una probabilidad del 91,07% para la F1, del 92,26% para la F2 y del 99,60V para la F3 que el promedio de la tensión sea superior a 113,07V.

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 124,57 V, 124,02 V y126,26 V, respectivamente.


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La tensión entre neutro y tierra tuvo un comportamiento de la siguiente manerafluctuó entre 2,6 – 3 V hasta el día sábado 03 de noviembre a las 11:30 con 2,8625V, cayo y osciló entre 0,1 V y 0,3 V hasta terminar la medición.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,21 V es del50,2%.

CORRIENTE:

La corriente nominal para cada fase es de 404,68 A. En los periodos de actividadacadémica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de lascorrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 161,74 A, 144,16A y 215,18A, respectivamente.

Las fases F1 y F2 se encuentran equilibradas. La F3 se encuentra sobrecargada.

Existe una probabilidad del 88,89%, 86,11% y 69,05% que la corriente promediosea superior a 21,52 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad del 40,58%, 35,22% y 42,76% que la corriente sea superior a 45,19 Ay una probabilidad del 10,62%, 1,69% y 20,83% que la corriente sea superior a126,96A.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo)fueron 155,21 A, 134,04 A y 200,98 A, respectivamente.

POTENCIAS:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.),hubo un consumo aproximadamente constante de potencia activa con una pequeñacaída alrededor de la 1:00 p.m. para las tres fases, la fase donde se presento elmayor consumo fue en F3 con 23,678 kW. En los periodos de receso (desde las10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permaneció aproximadamente constante con valores que oscilan alrededor de 3,8kW.

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activatrifásica fue aproximadamente 53,770 kW y en el periodo de receso se produjo unconsumo constante alrededor de 9 kW.

Existe una probabilidad de 90,77% de que la potencia activa trifásica sea superior a5,377 kW; una probabilidad de 62,60% de sea superior a 8,603 kW y una probabilidad de 20,04% de que sea superior a 33,875 kW.


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La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de4,7633 kVAr, 6,8928 kVAr y 4,2627 kVAr en la fase F1 (azul), la F2 (amarillo) yF3 (roja) respectivamente.

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valoreshasta 56,642 kVA dando un factor de utilización de 37,76%.

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fuede 64,165 kVA con un factor de utilización de 57,03 %. En los periodos deinactividad académica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo alrededor delos 20 kVA con un factor de utilización de 17,77%.

Existe una probabilidad de 30,36% de que la potencia aparente total (trifásica)supere los 25,223 kVA nominales.

Existe una probabilidad de 83,23% de que la máxima potencia aparente trifásica seasuperior a 11,509 kVA y una probabilidad de 20,63% de que sea superior a 44,264kVA.

FACTOR DE POTENCIA:

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe sersuperior a 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo uncomportamiento inductivo constante al rededor de 0.9, la F2 actuó de formainductiva oscilando entre 0,7-0,9 tuvo un comportamiento bastante brusco los díasdomingo 04 y lunes 05 de noviembre llegando a valores de 0,5 y por ultimo la F3fluctuó entre 0,8-0,95 aunque tuvo unos picos el día domingo 04 de noviembre ylunes 05 de noviembre teniendo un comportamiento capacitivo llegando a valoresde 0,8792.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encimade 0,9 y en los días que no hubo actividad académica llego a valores de 0,7.

ENERGÍA:

El consumo de energía activa fue de 3,0714 MWh.



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TENSIONES ARMÓNICAS:

Algunos de los datos medidos superaron el límite del 5% definido en el EstándarIEEE 519 para la Distorsión Armónica De Tensión (THDv), esto es notorio en la F2en donde se supera el limite los días domingo 04 a la 1:30 p.m. hasta las 7:30 p.m. ya las 10:20 p.m. hasta el lunes 05 de noviembre a las 6:30 a.m. y la F3 supera ellimite en las horas de actividad académica pero no es muy notorio.

La probabilidad de que el THDv esté por encima de 5% es de 0%, 10,52%, 6,75% enlas fases F1, F2 y F3 respectivamente.

En el sistema analizado están presentes los armónicos de orden 3, 5 y 7. En las tresfases, el armónico de orden 5 tuvo el mayor valor de tensión, en las fases F1, F2 y

F3 fue de 4,399V, 5,1864 V y 4,6833 V, respectivamente.

La tensión armónica de orden 5 tiene un comportamiento muy parecido al deDistorsión Armónica Total con valores extremos de 5,9079 V; 7,0540 V y 6,6163 Ven las fases F1, F2 y F3 respectivamente.

CORRIENTES ARMÓNICAS:

En las fases F1, F2 y F3 los armónicos de corriente de mayor magnitud son los deorden 3, 5 y 7en la tabla se especifican sus magnitudes.

Corrientes armónicas (valores promedio)

Orden armónico%Fases 3 5 7

F1 6,7911 A 3,9447 A 2,3886 A

F2 12,448 A 10,093 A 3,2108 A

F3 25,422 A 9,5050 A 2,1576 A

La corriente armónica de orden 3 aumentó en el periodo de actividad académicahasta valores de 59,982 A en la fase F1, 23,894 A en la fase F2 y 18,130 A en lafase F3.

La corriente armónica de orden 5 aumentó en el periodo de actividad académicahasta valores de 9,535 A, 16,609 A y 17,878 A, en la fase F1 , F2 y F3,respectivamente.

La corriente armónica de orden 7 se incrementó en el periodo de inactividadacadémica con valores de hasta 3,43 A, 6,428A y 4,99 A para las fases F1, F2 y F3,respectivamente.


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EVENTOS DE TENSIÓN:

El edificio de Eléctrica tuvo los siguientes eventos:

Sucedieron 6 interrupciones cortas, 112220 huecos de tensión (dips), de ellos, se presentaron 4 dips fuera de la incumbente para la fase F1, 3 dips para la fase F2 y 3 dips para la fase F3.

Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1


125,02 53,701

Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2


75.040 6,169Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3

DURACIÓN (ms) DIPS (%V N)75,040 4,041

DESBALANCES DE TENSIÓN:

No hubo momentos en los cuales el desbalance superó el 2%.

RECOMENDACIONES

En cuanto a calidad de energía:

Realizar un balance de los circuitos reagrupando las cargas eléctricas del edificio. Ubicar filtros para reducir el contenido armónico de orden 3, 5 y 7.

En cuanto a seguridad eléctrica:

En el edificio de Administrativo se deben tomar medidas de protección para minimizar los posibles riesgos eléctricos a los que están expuestas las personas que laboran en él, losequipos eléctricos y el edificio mismo. Inicialmente, se pueden implementar algunasmedidas como:

No guardar materiales inflamables en la subestación. Ofrecer programas de seguridad industrial al personal de mantenimiento. Dotar al personal de mantenimiento eléctrico con implementos de protección

dieléctricos (buen nivel de aislamiento) como guantes, casco, gafas, etc. Restringir el acceso a la subestación para que sólo tenga acceso personal calificado.


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Posteriormente, se deben implementar medidas asociadas con la actualización del sistemaeléctrico del edificio para que cumpla con el Reglamento Técnico de InstalacionesEléctricas (RETIE), con el cual se busca tener una protección contra riesgos asociados conel uso de la electricidad.


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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ...................................................................................................... 2DEFINICIONES...................................................................................................................101. RESOLUCIONES Y NORMAS .................................................................................. 102. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR ............................................................................. 115 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS ......................................................... 14

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:................................... 145.2 CORRIENTES ..................................................................................................... 175.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE: ......................................... 215.4 FACTOR DE POTENCIA ................................................................................... 265.5 ENERGÍA.............................................................................................................29

5.5.1. ENERGÍA ACTIVA .................................................................................... 295.5.2. ENERGÍA REACTIVA ............................................................................... 30

5.6 TENSIONES ARMÓNICAS ............................................................................... 315.7 CORRIENTES ARMÓNICAS ............................................................................ 375.8 EVENTOS DE TENSIÓN ................................................................................... 415.9 DESBALANCES DE TENSIÓN ......................................................................... 42

3. NORMAS DE SEGURIDAD....................................................................................... 454. CONCLUSIONES........................................................................................................47

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador.............11Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005 ........................................................... 14Tabla 3. Límites máximos de distorsión total de tensión (THDv) según IEEE 519 ............ 31Tabla 4. Corrientes armónicas (valores promedio) .............................................................. 37Tabla 5. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F1 ....... 41Tabla 6. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F2 ....... 41Tabla 7. Huecos de tensión (dips) peligrosos para el equipo electrónico en la fase F3 ....... 41

LISTA DE FIGURASFigura 1. Fotos de la instalación del Topas .......................................................................... 12Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro..........................................................................15Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase 15Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3...........................................16Figura 5. Tensión promedio en el neutro..............................................................................16Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro.....................................................................17Figura 7. Corrientes promedio en las fases .......................................................................... 18Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase..............18Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3........................................................19


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Figura 10. Corriente máxima por la fase F1.........................................................................19Figura 11. Corriente máxima por la fase F2.........................................................................20Figura 12. Corriente máxima por la fase F3.........................................................................20

Figura 14. Valores promedio de la potencia activa en cada fase..........................................22Figura 15. Valor promedio de la potencia activa trifásica total............................................22Figura 16. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica............................23Figura 17. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases .............................................. 23Figura 18. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA).........................24Figura 19. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio).....24Figura 20. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA) ......................... 25Figura 21. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos).........25Figura 22. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3. ....................................................... 26Figura 23. Factor de potencia F1..........................................................................................27Figura 24. Factor de potencia F2..........................................................................................27

Figura 25. Factor de potencia F3..........................................................................................28Figura 26. Factor de potencia total.......................................................................................28Figura 27. Energía activa......................................................................................................29Figura 28. Diagrama de energía reactiva..............................................................................30Figura 29. Distorsión armónica total de la tensión (THDv).................................................32Figura 30. Distribución de probabilidad para THDv............................................................32Figura 31. Espectro de distorsión armónica de tensión en F1..............................................33Figura 32. Espectro de distorsión armónica de tensión en F2..............................................33Figura 33. Espectro de distorsión armónica de tensión en F3..............................................34Figura 34. Tensión armónica de orden 3 para la fase F1......................................................34Figura 35. Tensión armónica de orden 3 para la fase F2......................................................35

Figura 36. Tensión armónica de orden 3 para la fase F3......................................................35Figura 37. Tensión armónica de orden 5 ..........................................................................36Figura 38 Tensión armónica de orden 7...............................................................................36Figura 39. Espectro de distorsión armónica de corriente en F1 ........................................... 37Figura 40. Espectro de distorsión armónica de corriente en F2 ........................................... 38Figura 41. Espectro de distorsión armónica de corriente en F3 ........................................... 38Figura 42. Corriente armónica de orden 3............................................................................39Figura 43. Corriente armónica de orden 5 en F1..................................................................39Figura 44. Corriente armónica de orden 5 en F2..................................................................40Figura 45. Corriente armónica de orden 5 en F3..................................................................40Figura 46. Corriente armónica de orden 7............................................................................41

Figura 47. Eventos de tensión clasificados en la curva CBEMA.........................................42Figura 48. Tensión de secuencia cero...................................................................................43Figura 49. Tensión de secuencia positiva.............................................................................43Figura 50. Tensión de secuencia negativa............................................................................44

Figura 51. Desbalance V V

...........................................................................................44


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DEFINICIONES

Curva CBEMA: Gráfica que indica los niveles de tolerancia de los equipos de cómputoante los disturbios en la tensión de alimentación.

CREG: Comisión de Regulación de Energía y Gas

FACTOR DE UTILIZACIÓN: Factor que mide la cargabilidad de un transformador, unvalor inferior a 1 indica que el sistema eléctrico está subdimensionado, se calcula según la

ecuación: max *100%nom

kVA Fu

kVA

h: Orden armónico (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., 49)

OR: Operador de Red

THDV: Distorsión armónica total de tensión

TDD: Distorsión de demanda total

THDI: Distorsión armónica total de corriente

VN: Tensión nominal (V)

1. RESOLUCIONES Y NORMAS

RESOLUCIÓN CREG 107 – 2007 (www.creg.gov.co) RESOLUCIÓN CREG 024 – 2005 RESOLUCIÓN CREG 070 – 1998 ESTÁNDAR IEEE 519


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2. CONEXIÓN DEL ANALIZADOR

Fueron medidas las tensiones entre fase y neutro y las corrientes de fase y neutro en elsecundario del transformador de 150 KVA. En la Tabla 1 se muestra la relación deconexión de los canales de adquisición del analizador TOPAS 1000 y el transformador.

Tabla 1. Relación de conexión entre el TOPAS 1000 y las fases del trasformador

TRANSFORMADOR CANALES

ANALIZADOR

Tensión Corriente

Fase I (F1=R) 1 5

Fase II (F2=S) 2 6

Fase III(F3=T) 3 7

Neutro 4 8

Las fases R, S y T en las cuales se conectaron las sondasdel analizador Topas 1000 corresponden para esteestudio a las fases F1, F2 y F3.

Periodo de medición:

Inicio: Miércoles 31 de octubre de 2007 a las 12 p.m.Parada: Miércoles 01 de noviembre de 2007 a las 12 p.m.

Procesamiento digital de las señales eléctricas:Para cada una de las señales eléctricas registradas se realizó un promedio de los valores enintervalos de 10 minutos, para el mismo intervalo se conservaron los valores máximos ymínimos de las señales.

F1=R F2=S F3=T


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Figura 1. Fotos de la instalación del Topas

F2F1

F3


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4 DATOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

TRANSFORMADOR:

Potencia aparente: 150 kVA


Tensión secundario: 208V– 214V-123VCorriente secundario: 404,68 A

TENSIONES NOMINALES:

Tensión primario: 13,2 kVTensión secundario: 208V– 214V-123V


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5 REGISTROS DE VARIABLES ELÉCTRICAS

5.1 DESVIACIONES DE LA TENSIÓN ESTACIONARIA:

Según la resolución CREG 024 – 2005, (numeral 6.2.1.1, “Desviaciones de lafrecuencia y magnitud de la tensión estacionaria”) con la cual se modifica elreglamento de distribución de energía eléctrica (resolución CREG 070 – 1998), seestablece que: “Las tensiones en estado estacionario a 60 Hz no podrán serinferiores al 90% de la tensión nominal ni ser superiores al 110% de estadurante un periodo superior a un minuto”.

Tabla 2. Límites de tensión según CREG 024 -2005

TENSIÓN NOMINALSECUNDARIO (VN)

LÍMITE INFERIOR(90%VN)

LÍMITE SUPERIOR(110%VN)

214 V 192,6V 235,4 V123 V 110,7 V 135,3 V

En la Figura 2, aparecen las tensiones de fase el periodo de medida.

La tensión en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) permaneció entre el 90% yel 110% de la tensión nominal (de acuerdo con la resolución CREG 024-2005), se presento una caída de voltaje para las tres fases de la siguiente manera: el día sábado03 noviembre a las 11:20 a.m. el voltaje se encontraba en 114,79 V cayo a 0 V y a las11:40 a.m. regreso a un estado normal de 115,04 V. Figura 2.

Existe una probabilidad del 91,07% para la F1, del 92,26% para la F2 y del 99,60 V para la F3 que el promedio de la tensión sea superior a 113,07 V. Figura 3

La máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3 fue de 124,57 V, 124,02 V y126,26 V, respectivamente. Figura 4.

La tensión entre neutro y tierra tuvo un comportamiento de la siguiente manerafluctuó entre 2,6 – 3 V hasta el día sábado 03 de noviembre a las 11:30 con 2,8625 V,cayo y osciló entre 0,1 y 0,3 V hasta terminar la medición. Figura 5.

La probabilidad de que exista una tensión en el neutro por encima de 0,21 V es del50,2 %. Figura 6


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Figura 2. Tensión promedio Fase – Neutro

Figura 3. Distribución de probabilidad de los valores promedio para las tensiones de fase

F1F2F3


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Figura 4. Máxima tensión instantánea en las fases F1, F2 y F3

Figura 5. Tensión promedio en el neutro

F1F2F3


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Figura 6. Probabilidad de tensión en el neutro

5.2 CORRIENTESLa corriente nominal para cada fase es de 404,68 A. En los periodos de actividad

académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.), los mayores valores de lascorrientes en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo) fueron 161,74 A, 144,16 Ay 215,18A, respectivamente.

Se observa que las fases F1 y F2 se encuentran equilibradas con respecto a la F3 quese encuentra sobrecargada. Figura 7.

Existe una probabilidad del 88,89%, 86,11% y 69,05% que la corriente promedio seasuperior a 21,52 A, en las fases F1, F2 y F3 respectivamente. Existe una probabilidad del 40,58%, 35,22% y 42,76% que la corriente sea superior a 45,19 A yuna probabilidad del 10,62%, 1,69% y 20,83% que la corriente sea superior a

126,96A. Figura 8.

Las corrientes máximas instantáneas en las fases F1 (azul), F2 (amarillo) y F3 (rojo)fueron 155,21A, 134,04A y 200,98A, respectivamente, Figura 9.


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Figura 7. Corrientes promedio en las fases

Figura 8. Distribución de probabilidad promedio para las corrientes en cada fase


F1F2F3


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Figura 9. Corrientes máximas en las fases F1, F2 y F3

Figura 10. Corriente máxima por la fase F1.


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5.3 POTENCIA ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE:

En los periodos de actividad académica (desde las 6:00 a.m. hasta las 10:00 p.m.),hubo un consumo aproximadamente constante de potencia activa con una pequeñacaída alrededor de la 1:00 p.m. para las tres fases, la fase donde se presento el mayorconsumo fue en F3 con 23,678 kW. En los periodos de receso (desde las 10:00 p.m.hasta las 6:00 a.m.), la demanda de potencia en las fases F1, F2 y F3 permanecióaproximadamente constante con valores que oscilan alrededor de 3,8 kW. Figura 13

En los periodos de actividad académica, el mayor valor de la potencia activa trifásicafue aproximadamente 53,770 kW y en el periodo de receso se produjo un consumoconstante alrededor de 9 kW, Figura 14

Existe una probabilidad de 90,77% de que la potencia activa trifásica sea superior a5,377kW; una probabilidad de 62,60% de sea superior a 8,603kW y una probabilidadde 20,04% de que sea superior a 33,875kW.Figura 15.

La potencia reactiva tuvo un comportamiento inductivo con valores extremos de4,7633 kVAr, 6,8928 kVAr y 4,2627 kVAr en la fase F1 (azul), la F2 (amarillo) y F3(roja) respectivamente. (Figura 16).

En los periodos de actividad académica la potencia aparente total alcanzó valoreshasta 56,642 kVA dando un factor de utilización de 37,76%, (Figura 17).

En los periodos de actividad académica la máxima potencia aparente (trifásica) fue de88,528 kVA con un factor de utilización de 59,02 %. En los periodos de inactividadacadémica, la máxima potencia aparente trifásica estuvo alrededor de los 15 kVA conun factor de utilización de 10%, Figura 19.

%02,59100*150

528,88%100*max

kVA

kVA

KVA

KVA Fu

nom

Existe una probabilidad de 30,36% de que la potencia aparente total (trifásica) superelos 25,223 kVA nominales. Figura 18.

Existe una probabilidad de 83,23% de que la máxima potencia aparente trifásica seasuperior a 11,509 kVA y una probabilidad de 20,63% de que sea superior a 44,264kVA. Figura 20


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Figura 13. Valores promedio de la potencia activa en cada fase

Figura 14. Valor promedio de la potencia activa trifásica total




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Figura 15. Distribución de probabilidad para la potencia activa trifásica

Figura 16. Promedio de la potencia reactiva en las tres fases

F1F2F3


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Figura 17. Valores promedio de la potencia aparente total trifásica (kVA)

Figura 18. Distribución de probabilidad para la potencia aparente trifásica (promedio)



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Figura 19. Valores máximos de la potencia aparente total trifásica (kVA)

Figura 20. Distribución de probabilidad de la potencia aparente trifásica (máximos)


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5.4 FACTOR DE POTENCIA

Según la reglamentación vigente, el factor de potencia de un usuario debe ser superiora 0,9 en atraso. Cada fase actuó de forme diferente, la F1 tuvo un comportamientoinductivo constante al rededor de 0.9, la F2 actuó de forma inductiva oscilando entre0,7-0,9 tuvo un comportamiento bastante brusco los días domingo 04 y lunes 05 denoviembre llegando a valores de 0,5 y por ultimo la F3 fluctuó entre 0,8-0,95 aunquetuvo unos picos el día domingo 04 de noviembre y lunes 05 de noviembre teniendoun comportamiento capacitivo llegando a valores de 0,8792, Figura 21, Figura 22,Figura 23 y Figura 24.

En los periodos de actividad académica el factor de potencia total estuvo por encimade 0,9 y en los días que no hubo actividad académica llego a valores de 0,7. Figura 25

Figura 21. Factor de potencia en las fases F1, F2 y F3.

F1F2F3


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Figura 22. Factor de potencia F1



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Figura 25. Factor de potencia total


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analisis de variables electricas en la subestacion del transformador de 112,5 kva

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