Octubre 2009

Medición de Flujo de Potencia en los 4 cuadrantes. Problemas frecuentes.

La intención del artículo es brindar la información necesaria para comprender el sentido de dirección del flujo de potencia activa y reactiva basándose únicamente en el marco del triangu-lo de potencia.

Se aclaran los conceptos de flujo positivo y negativo de poten-cias para evitar confusiones acerca de si la potencia activa es ne-gativa, entonces la reactiva sería inductiva o capacitiva, cuestión que puede presentarse con la lectura de registros de medición. Junto con el artículo del Vol. 7 conforman la documentación básica de medición de potencia en redes eléctricas.

El concepto principal es que existe un solo tipo de potencia ac-tiva y un solo tipo de potencia reactiva que pueden fluir en dos sentidos ya sea desde la generación hacia la carga o viceversa. La información requerida para reconocer los flujos de potencia fácilmente podría obtenerse con un wattímetro y varímetro bi-direccional o bien con dos wattímetros y dos varímetros unidi-reccionales, que cubrirían las posibles combinaciones de flujos de potencia. Siempre será necesario identificar quienes son las fuentes de potencia, qué puntos son las cargas y qué sentido de flujo de referencia se utiliza, o sea, de esta forma se determina el tipo de convención sea consumidora o generadora.

Estableciéndose la dirección de referencia consumidora o ge-neradora, es posible que el punto considerado como carga esté inyectando potencia activa y/o reactiva hacia el punto de ge-neración, o sea, un flujo opuesto al de referencia. Por lo tanto es importante resaltar, que una vez establecida dicha dirección de referencia, no debe modificarse, permitiendo establecer fácil-mente los signos de dirección de flujo de potencia.

Flujo de Potencia Activa:

Un transductor de potencia presentará un valor positivo y un medidor de energía activa presentará un valor creciente en el tiempo, cuando el flujo de potencia activa es coincidente con la dirección de referencia (consumidora).En cambio, si el flujo de potencia es opuesto, la potencia será negativa, y el medidor de energía estará presentando valores de-crecientes en el tiempo, o se bloqueará o bien si es bidireccional el contador de energía negativa se incrementará.

Flujo de Potencia Reactiva:

La dirección de referencia del flujo de potencia reactiva es equi-valente al de activa, o sea, desde la generación hacia la carga. La potencia en este sentido corresponde a reactiva inductiva, presentando sobre los medidores de energía reactiva indicacio-nes crecientes en el tiempo y en los de potencia reactiva valores positivos.Sin embargo, si el flujo de potencia es opuesto al de referencia, se lo conoce como reactiva capacitiva, es decir, que los bancos de capacitores están entregando flujo de potencia reactiva hacia la red o hacia la fuente.

Flujo de Potencia Aparente:

La potencia aparente es de naturaleza compleja, conocida gene-ralmente por su módulo. Sin embargo es un fasor de potencia,

Figura 1

Signos de dirección de flujos de referencia

Los signos finalmente de las potencias activas y reactivas que-darán asignados según como se correspondan con la dirección de referencia.

Figura 2

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compuesto principalmente por la potencia activa, por la potencia reactiva en forma ortogonal (perpendicular) y en casos de pre-sencia de armónicos también de una tercera componente ortogo-nal (al plano P-Q) de potencia de deformación.Naturalmente por definición la aparente consiste en el produc-to de fasores de la tensión y corriente conjugada. Esta última se presenta así para corresponder a los signos de dirección de referencia.

CUADRANTE II

La potencia activa (negativa) es recibida por la fuente y la po-tencia reactiva, inductiva, es también suministrada a la carga.

CUADRANTE III

La potencia activa (negativa) es recibida por la fuente y la po-tencia reactiva, capacitiva, es también recibida por la fuente (ge-nerada por la carga).

CUADRANTE IV

La potencia activa (positiva) es suministrada a la carga y la po-tencia reactiva, capacitiva, es recibida por la fuente (generada por la carga).

En la siguiente figura se visualiza la relación entre los cuatro cuadrantes y los signos de las potencias activas y reactivas. Analizando en forma angular y haciendo uso de referencia angu-lar cero al eje indicado, vemos que la potencia reactiva inductiva comprende un rango angular de 0 a +180º (corriente precede a la tensión) y que la potencia reactiva capacitiva comprende el rango de 0º a -180º (corriente antecede a la tensión).

Flujo de potencia en los cuatro cuadrantes

A modo de resumir lo ante dicho, en la siguiente figura se pre-senta un esquema de potencias en cuatro cuadrantes. Las cuatro potencias aparentes componen un sistema de potencias activas y reactivas con sentidos de flujo definidos por los cuadrantes al que pertenecen.

Figura 3

Las características de cada cuadrante son las siguientes

CUADRANTE I

La potencia activa (positiva) es suministrada a la carga y la po-tencia reactiva, inductiva, es también suministrada a la carga.

Figura 4

Registradores de 4 cuadrantes

ECAMEC adopta la medición de potencia en cuatro cuadrantes permitiendo mediciones en redes mayadas con sentidos de flujo alternados. Son ejemplos de estos equipos, de la serie ECA, el ECA 300 y ECA 313, y de la serie PQ, el PQ500 y PQ1000.

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Problemas frecuentes

1) En la instalación de registradores la incorrecta colocación de los transductores sin respetar el flujo de potencia que éste indica presenta uno de los más errores recurrentes. La corriente vista por el registrador estará desfasada 180º res-pecto de si misma. Por ejemplo, si la potencia esta en el cua-drante I, entonces está diametralmente opuesta, es decir, en el Cuadrante III. Las lecturas de potencia activa indicarán flujo desde la carga hacia la fuente y mas aún la potencia reactiva se registrará como capacitiva cuando realmente es inductiva.De las ecuaciones previamente mostradas vemos esta problemá-tica expresada de la siguiente manera:

2) Otro error recurrente, es la confusión de fases de tensión y corriente, que resulta de intercambiar una fase de tensión con otra fase de corriente. La consecuencia está en la suma de 120º

Referencias:

• IEEE Std 1459-2000 - Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced or Unbalanced Conditions.• Power Flow Direction definitions for metering of bidirectio-nal power, Raymond H. Stevens. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. -PAS-102, No. 9, September 1983.

(ángulo entre fasores de tensión) a la fase entre la tensión y co-rriente correspondiente a una fase del registrador. El máximo error es para el caso de cos φ unitario, entonces la potencia ac-tiva y reactiva se registraría como si fuese φ = φreal + 120º. La potencia activa que debería estar en el Cuadrante I, estará en el II. Se obtendrán lecturas de potencia negativa, y con existencia de potencia reactiva.