evaluacion calidad potencia electrica

8/3/2019 Evaluacion Calidad Potencia Electrica

1/131

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


2/131

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


3/131

iii

Nota de aceptacin

____________________

____________________________________________________________

____________________Presidente del Jurado

____________________Jurado

____________________Jurado

Medelln, 14 Agos to d e 2006


4/131

iv

DEDICATORIA

A Sandra Mara Hernandez Ortiz y Ana Mara Ortiz Hernandez


5/131

v

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.


6/131

vi

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


7/131

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


8/131

viii

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


9/131

ix

5.1.1. Magnitud 100

5.1.2. Duracin 105

5.1.3. Frecuencia 106

5.1.4. Compilacin 108


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


7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 124

7.1. CONCLUSIONES 124

7.2. RECOMENDACIONES 124

8. BIBLIOGRAFIA. 126


10/131

x

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


11/131

xi

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


12/131

xii

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


13/131

xiii

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


14/131

xiv

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


15/131

xv

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.


16/131

xvi

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


17/131

xvii

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.


18/131

xviii

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 (


19/131

xix

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.


20/131

xx

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.


21/131

21

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


22/131

22

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


23/131

23

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.


24/131

24

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.


25/131

25

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]


26/131

26

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.


27/131

27

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:


28/131

28

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.


29/131

29

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


30/131

30

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


31/131

31

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)


32/131

32

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.


33/131

33

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.


34/131

34

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


35/131

35

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.


36/131

36

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.


37/131

37

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


38/131

38

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


39/131

39

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.


40/131

40

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.


41/131

41

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


42/131

42

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


43/131

43

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.


44/131

44

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.


45/131

45

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.


46/131

46

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


47/131

47

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.


48/131

48

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.


49/131

49

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.


50/131

50

- 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,


51/131

51

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,


52/131

52

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


53/131

53

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


54/131

54

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.


55/131

55

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

8/3/201

evaluacion calidad potencia electrica

Documents