Congreso Internacional de Distribución Eléctrica CIDEL Argentina 2010 DESBALANCES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN. EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE LOS MÉTODOS EXISTENTES

Congreso Internacional de Distribución EléctricaCIDEL Argentina 2010

DESBALANCES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN. EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE LOS MÉTODOS

EXISTENTES PARA SU DETERMINACIÓN

Pedro E. IssouribehereJuan C. Barbero

Fernando Issouribehere

IITREE-FI UNLP

Autores

PresentadorPedro E. Issouribehere

IITREE-Universidad Nacional de La Plata CIDEL 2010 2

Introducción

El desbalance de un sistema eléctrico trifásico es una condición en la que las ternas de tensiones y/o de corrientes presentan diferencias en el módulo y/o desplazamientos entre las fases distintos de 120 grados eléctricos.La experiencia en mediciones de Calidad de Servicio con equipos del mercado muestra que los fabricantes han utilizando diversos algoritmos de cálculo del desbalance, basados en distintas definiciones.

Se comparan resultados con distintas definiciones del factor de desbalance, empleando registros temporales de tensiones y corrientes trifásicas obtenidos en plantas industriales.

Este estudio reveló que el desempeño de instrumentos de medición de calidad de suministro y de protecciones que miden el factor de desbalance mediante alguno de estos algoritmos podría resultar objetable.


Definición de desbalance según IEC 61000-4-30

0U

U

U

CU

BU

AU

CU

BU

AU

0 0 0BA CU U U

4 2

3 31

3

j j

A B CU U U e U e

La Norma IEC 61000-4-30 establece que el desbalance se mide como la relación entre la componente de secuencia inversa y la componente de secuencia directa

2 4

3 31

3

j j

A B CU U U e U e

UK

U

CU

BUAU

0

1

3A B CU U U U


Diferentes definiciones del desbalance en diferentes documentos del IEEE.

[1] IEEE 1993. IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. (Red Book) ANSI-IEEE Std. 141, 1993

[2] IEEE 1995. IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. IEEE Std. 1159. June, 1995.

[3] IEEE-1987. IEEE guide for self-commutated converters. ANSI/IEEE Std 936-1987.

[4] IEEE-2000. The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms. Seventh Edition. ANSI/IEEE Std 100-2000.

[5] IEEE 2004. IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators. IEEE Std. 112 (Revision of the IEEE Std. 112-1996).

Esto, sumado a las diferencias de interpretación de distintos autores, ha dado lugar a manifiestas controversias en cuanto a la medición del desbalance.

IEEE

Definición de desbalance según IEEE


Definición de desbalance según IEEE

En diferentes documentos del IEEE se encuentran las siguientes definiciones:

a)

c) 1 2 3, ,

100med med med

med

Max U U U U U UK

U

1 2 3

3100

max minU UK

U U U

b)

U1, U2 y U3 tensiones de fase

o de línea

IEEE

100U

KU

Las definiciones b) y c) se aplican indistintamente a tensiones de fase y a tensiones de línea, para determinar desbalances de tensiones de fase.

El IEEE nunca dice que deben usarse exclusivamente tensiones de fase ó tensiones de línea.


National Electrical Manufacturers Association (USA) [1] y American National Standard Institute [2] adoptan la definición c) del IEEE, con la misma ambigüedad en cuanto al empleo de tensiones de fase o de línea.

c) 1 2 3, ,

100med med med

med

Max U U U U U UK

U

NEMA - ANSI

U1, U2 y U3 tensiones de fase

o de línea

Definición de desbalance según NEMA-ANSI

[1] NEMA 2003. Motors and Generators. National Electrical Manufacturers Association of USA. Standard MG1, Section 14.36.2.

[2] ANSI-NEMA 1995. Electric Power Systems and Equipment – Voltage Ratings (60 Hz). ANSI C84.1 – 1995.


Comité Européen de Normalisation Electrotechnique adoptó la siguiente expresión:

d)

Siendo UAB, UBC y UCA los módulos de las tensiones de línea

1 3 6100

1 3 6K

4 4 4

22 2 2

AB BC CA

AB BC CA

U U U

U U U

Notas:1) Esta expresión es exacta y se deriva de a).

2) Se emplean los módulos de las tensiones de línea para obtener el desbalance de la terna de tensiones de fase según la definición las componentes de secuencia.

CENELEC

Definición de desbalance según CENELEC


Pueden encontrarse otras expresiones para determinar el factor de desbalance.Por ejemplo, la publicada por Pillay-Hofmann-Manyage:

Nota:Se debe emplear con los módulos de las tensiones de línea para obtener el desbalance de la terna de tensiones de fase.

Otras Definiciones

e)

UAB, UBC y UCA módulos de las tensiones de línea

UABM, UBCM y UCAM diferencia entre los módulos de las tensiones de línea y su valor

medio

2 2 2

8213

ABM BCM CAM

AB BC CA

U U UK

U U U

Otras definiciones de desbalance


Verificación Experimental: Caso 1

Horno de Arco Eléctrico: Tensiones



Horno de Arco Eléctrico: Corrientes



Horno de Arco Eléctrico

Los niveles de desbalance de las tensiones son bajos y aún así los resultados obtenidos con las expresiones del IEEE pueden diferir del valor real.

Como los niveles de desbalance en la corriente son muy elevados las expresiones de IEEE y Pillay-Hofmann-Manyage pueden arrojar resultados erróneos.



Variador de velocidad: Tensiones



Variador de velocidad: Corrientes



Variador de velocidad

En los registros de tensiones hay una importante componente homopolar, llegando a ser mayor que la de secuencia inversa.

Los métodos que no basados en las componentes de secuencia resultarán muy afectados, excepto que se utilicen las tensiones de línea en las cuales el modo común resulta suprimido.

Las expresiones del IEEE que emplean tensiones de línea describen muy bien el desbalance de las tensiones de fase.

En el caso de las corrientes, la característica de la carga impone que la componente homopolar sea nula, pero la componente de secuencia inversa es significativa. Esto hace que algunas expresiones del IEEE den resultados erróneos.


El método de las componentes simétricas requiere medir la terna en módulo y fase. Por eso se puso tanto esfuerzo en obtener expresiones alternativas.

La definición del factor de desbalance mediante las componentes de secuencia puede ser aplicada tanto para tensiones (de fase y de línea) como para corrientes.

Los resultados obtenidos con distintas expresiones alternativas fueron estudiados a fondo a partir de mediciones trifásicas reales.

Se encontraron situaciones bajo condiciones de operación normal de hornos de arco y de variadores de velocidad en las que las expresiones alternativas pueden arrojar valores bastante alejados de los reales.

Las diferencias encontradas sugieren ser muy cuidadosos al tratar con protecciones o mediciones obtenidas con registradores que utilicen alguna de esas expresiones alternativas.

CONCLUSIONES

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