Presentación de PowerPoint - Facultad de Ingeniería … DISTORSION.pdf · El espectro de frecuencias de una señal es una representación que permite conocer las amplitudes y ángulos

Mediciones Eléctricas I - http://www3.fi.mdp.edu.ar/electrica

MediciMedicióónn de de lala CalidadCalidadde de lala

EnergEnergííaaDistorsiDistorsióónn ArmArmóónicanica


B. Perturbaciones que afectan a la frecuencia

C. Perturbaciones que afectan al equilibrio

D. Perturbaciones que afectan a la forma de la onda

Distorsión armónica

Calidad de la Energía

• Huecos de tensión

• Fluctuaciones de tensión

• Cortes breves de tensión

• Impulsos de tensión

A. Perturbaciones que afectan a la amplitud

Hay cuatro tipo de perturbaciones que caracterizan a la onda de tensión y que permiten medir su grado de pureza:


GeneraciónMedición de Salida

•GEN. •TRAN. •DIST.

Usuarios

Calidad de la EnergíaCalidadCalidad de de lala EnergEnergííaa

Onda perfecta

••ManiobrasManiobras••Descargas Descargas atmosfatmosfééricasricas••AverAverííasas

Emisores de perturbaciones

•Rectificadores•LFC•Hornos de arco•Baterías de condensadores•Equipos electrónicosReceptores Sensibles•Automatismos•Motores •Computadoras


Huecos de tensiónCorte breve de tensión:Cuando se produce la desaparición total dela tensión de las tres fases durante un tiempo superior a 10 milisegundos e inferior a 1minuto. Es equivalente a un hueco de tensión que afecte a las tres fases y tenga una profundidad del 100%.

Cuando la tensión cae entre un 10 y 99% de la tensión nominal al cabo de un tiempo determinado, que oscila entre los 10 milisegundos y varios segundos (unminuto)

Hueco de tensión:

("Voltage SAGS")


¿Cuáles son las causas que determinan laaparición de huecos de tensión?

Aparecen debido a la presencia de fallas en la red eléctrica, tanto la externa a la instalación como dentro de ella

•Cortorcircuitos

•Descargas atmosféricas

•Fallos de aislación

•Cortocircuitos

•Conexión de grandes cargas

Fallas en la red externa

Fallas en la red interna


Variaciones rápidas de tensión


Flicker (parpadeo): alteraciones del valor eficaz de tensión comprendidas en un rangode ± 5% de la Un

•Percepción de la variación de la luminosidad de una lámpara, ocasionada por fluctuaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica.

• Origina molestia visual en quien lo percibe.

•Depende fundamentalmente de la amplitud, frecuencia y duración de las fluctuaciones de tensión que lo causan. Estas oscilan entre los 0,5 Hz y los 30 Hz de frecuencia.

Variaciones rápidas de tensión


Fuentes de flicker:•Hornos de arco•Soldadura por arco•Compresores•Máquinas herramientas

Efectos de flicker:•Monitores•Aparatos de TV•Lámparas de incandescencia•Lámparas de descarga

Variaciones rápidas de tensión: Flicker


Impulsos de tensiónSe define como una variación brusca del valor instantáneo de la amplitud de la tensión.

¿Qué valores lo caracterizan?

Un impulso de tensión se caracteriza por su amplitud en valor instantáneo, que puede ser varias veces superior al valor nominal de la tensión, y su duración que oscila entre unos pocos microsegundos y 10 mS.

¿Cuáles son las causas de su aparición?Las causas de aparición de los impulsos son múltiples, aunque suelen estar relacionadas con la conexión y desconexión de equipos a la red y a los fenómenos atmosféricos. En la siguiente tabla se resumen las causas más comunes:


Distorsión armónica : fundamentos¿Cuándo una tensión o una corriente están distorsionadas?

Se habla de corrientes o tensiones distorsionadas cuando su forma de onda no corresponde a una senoide pura.


Para determinar el grado de distorsión de una señal es necesario recurrir al análisis en el dominio de la frecuencia. Se utilizan los algoritmos matemáticos basados en los desarrollos de Fourier. En particular, se aplica el Teorema de Fourier según el cual “ cualquier señal periódica y continua de periodo T puede descomponerse en una suma infinita de señales senoidales de frecuencias múltiplos enteros de la frecuencia fundamental ”

¿Cómo se puede cuantificar la distorsión de una señal?


Teorema de Teorema de FourierFourier

0 x0 0.05 0.1 0.15

200

100

0

100

200

a x( ) 180 sin 100 x.( ).

b x( ) 30 sin 500 x.( ).

c x( ) a x( ) b x( )


¿Qué es el espectro de frecuencias de una señal?

El espectro de frecuencias de una señal es una representación que permite conocer las amplitudes y ángulos de desfases relativos de cada una de las componentes senoidales que integran a la señal distorsionada. Se obtiene mediante la Transformada de Fourier o su aplicación digital denominada FFT ("Fast Fourier Transform"). Esta transformación se puede asimilar de forma muy simplificada a una proyección sobre un plano amplitud - frecuencia de las amplitudes de las distintas componentes senoidales que integran la señal.


Factor de CrestaFactor de CrestaFactor de Cresta

eficaz

pico

II

CF =


¿Qué índices normalizados existen para la medida de la distorsión de una señal?

Tasa de distorsión total

(Total HarmonicDistortion)

Índice de distorsión individualUi , Ii valor eficaz de los armónicos de orden i

U1, I1 valor eficaz de la componente fundamental

Ejemplo:

I1=105 AI3=21 A I5=9 A

%8.21100.105

921 22

=+

=ITHD

402

2

1

% 100i

iu

UTHD

U==∑

402

2

1

% 100i

ii

ITHD

I==∑


¿Qué equipos eléctricos y electrónicos son capaces de distorsionar la tensión y la

corriente de la red eléctrica?Los equipos capaces de producir la distorsión armónica de las tensiones y corrientes son los llamados "equipos no lineales", es decir, aquellas máquinas o equipos electrónicos que realizan un consumo de corriente no senoidal de la redeléctrica. Los equipos no lineales que mayores efectos de distorsión producen aparecen recogidos en la siguiente tabla:

PRINCIPALES EQUIPOS NO LINEALES

1. Rectificadores

2. Hornos de inducción y de arco

3. Lámparas de descarga

4. Equipos domésticos electrónicos

5. Transformadores de potencia saturados

6. Accionamientos de motores eléctricos


EEjemplojemplo de instalacide instalacióón con distorsin con distorsióón armn armóónicanica


Aumento en las pérdidas I2R por efecto pelicular.

EFECTO DE LAS ARMÓNICAS EN CONDUCTORES

EFECTO DE LAS ARMÓNICAS EN TRANSFORMADORES

Aumento de pérdidas:•Pérdidas por efecto Joule I2R


EFECTO DE LAS ARMÓNICAS EN MOTORES


Resumen perturbaciones en la red


Resumen perturbaciones en la red


• Saturación de transformadores• Corrientes de energización de transformadores• Conexiones al neutro de transformadores• Fuerzas magnetomotrices en máquinas rotatorias de

corriente alterna• Hornos de arco eléctrico• Lámparas fluorescentes• Fuentes reguladas por conmutación• Cargadores de baterías• Compensadores estáticos de VAr’s• Variadores de frecuencia para motores (“drives”)• Convertidores de estado sólido

Fuentes de Armónicas


ESTUDIO DE ESTUDIO DE ARMARMÓÓNICOSNICOS

FACTOR FACTOR DIVERSIDAD Y DIVERSIDAD Y ATENUACIATENUACIÓÓNN


∑

∑

=

== n

1i)i(k

n

1i)i(k

k

I

IFD

r

Las dispersiones en el ángulo de fase de las armónicas de cargas individuales provocan una disminución de las corrientes armónicas en la red. Este efecto, conocido como diversidad, se debe principalmente a diferencias en los parámetros del sistema de distribución y a los de la propia carga.El factor de diversidad de corriente (FDk) se define para cualquier armónica k y un conjunto de n cargas conectadas en paralelo, como la magnitud del fasor de la corriente de red, dividido por la suma algebraica de magnitudes de las corrientes individuales, para el mismo orden de armónica.

Factor Diversidad (FD)Factor Diversidad (FD)Factor Diversidad (FD)


105%

110%

THDI%?

95%

130%

)LFC(3)IMPRESORA(3)MONITOR(3)CPU(3

3k IIII

IFD+++

=

→





Factor Atenuación (FA)Factor AtenuaciFactor Atenuacióón (FA)n (FA)

15W

15W

15W

THDI%?

TOTALI _3

)(3 LFCIn




La atenuación es provocada por la propia impedancia del sistema de potencia y por la correspondiente distorsión de tensión que tiende a reducir las corrientes armónicas en la red producida por cargas no lineales.El factor de atenuación FAk para la armónica k está definido como la magnitud de la corriente total de la armónica k cuando n cargas idénticas están conectadas en paralelo, dividida por n veces la magnitud de lacorriente de una única carga:


)1(k

)n(kk In

IFA =


Potencias y Factor Potencias y Factor de Potencia en de Potencia en presencia de presencia de armarmóónicosnicos


Factor de Potencia con carga linealFactor de Potencia con carga linealFactor de Potencia con carga lineal

Carga Lineal

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00Desplazamiento del factor de potencia

Pérd

idas

p.u

.

)cos(IV

)cos(IVAparentePotenciaActivaPotenciaFP

rmsrms

rmsrms ϕ−θ=ϕ−θ

==λ=

ϕϕ cosU.cosPI k

==

2.IR


)t(senV)t(v 1o1 θω +=

)()(1

non

n tnsenIti ϕω +=∑∞

=

)cos(2IVPP nn

1n

maxnmaxnmedia ϕ−θ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛== ∑

∞

=

)cos(IV)cos(2IVP 11rms1rms111

11 ϕ−θ=φ−θ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

)cos(II

IV)cos(IV

IVP

SP)potenciafactor(fp 11

rms

rms1

rmsrms1

11rms1rms1

rmsrms

ϕ−θ=φ−θ

===λ=

∑∑∞

=

∞

=

+==1

22

0

2 )2

(n

no

nnrmsrms

IIII

Fuente sinusoidal y carga no linealFuente sinusoidal y carga no linealFuente sinusoidal y carga no lineal


rms

rms

IIFD 1=distorsióndeFactor

FD)cos(fp 11 ϕ−θ=

2rms1

2rms1

2rms

2rms1

1n

2nrms

i III

I

ITHD −

==∑≠ totalArmónicaDistorsión

2iTHD1

1FD+

=

Fuente sinusoidal y carga no linealFuente sinusoidal y carga no linealFuente sinusoidal y carga no lineal

2i

1distorsiónentodesplazamiverdaderoTHD1

1cosfp.fpfp+

ϕ==


Factor de Potencia y THDIFactor de Potencia y THDIFactor de Potencia y THDI

0,5000

0,5500

0,6000

0,6500

0,7000

0,7500

0,8000

0,8500

0,9000

0,9500

1,0000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

THDI%

Máx

imo

Fact

or d

e Po

tenc

ia V

erda

dero


En un circuito con ondas poliarmónicas la igualdad anterior no se cumple:

Para un circuito con ondas senoidales

2 2 2 2S - P - Q = D

D= (U I ) -S2 2&

S P Q2 2 2 0− − =

S P Q2 2 2 0− − ≠

22 DPN +=

22 DQF +=

•Potencia de distorsión

•Potencia No Reactiva

•Potencia Ficticia

Potencia de distorsiónPotencia de distorsiPotencia de distorsióónn


UI

S1 Q1

D

F

y

-y

z

O

E

C

N

ψ

x

•D: Potencia de distorsión

•F: Potencia Ficticia

•N: Potencia No Reactiva

Potencia de distorsiónPotencia de distorsiPotencia de distorsióónn


MediciMedicióón de Distorsin de Distorsióón n ArmArmóónicanica

Analizadores de RedesAnalizadores de Redes


Laboratorio Laboratorio –– MediciMedicióón de Potencia de Armn de Potencia de Armóónicosnicos




1ϕ

PINZA AMPEROMETRICA PROVA 21PINZA AMPEROMETRICA PROVA 21

κ

•Urms

•Irms

•Armónicos U e I

•P

•S

•F.P.



Fluke

C

FlukeFluke

HIOKIHIOKI

PINZA PROVA 21

Pinza Transductora

Fluke

C

FlukeFluke

HIOKIHIOKI

PINZA PROVA 21

Pinza Transductora

Fluke

C

FlukeFluke

HIOKIHIOKI

PINZA PROVA 21

Fluke

C

FlukeFluke

HIOKIHIOKI

PINZA PROVA 21

Pinza Transductora



Mediciones instantáneas

Medicion de armónicos


R

S

T

N



R

S

T

N


THDiTHDi %% ϕϕP.FP.F..


Comprobación del cableado: Wiring






-8.00E+00

-6.00E+00

-4.00E+00

-2.00E+00

0.00E+00

2.00E+00

4.00E+00

6.00E+00

8.00E+00

1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253

Señal de corriente recuperada con Excel

WAVE_I104/10/2005

10:11:271.31E-022.61E-03

-2.61E-030.00E+000.00E+000.00E+000.00E+00-1.83E-020.00E+00-1.04E-025.22E-03

-1.57E-021.31E-02

-2.09E-022.09E-02

-2.87E-023.91E-02

-5.48E-027.83E-02

-1.36E-011.47E+003.92E+004.92E+005.51E+005.19E+005.19E+005.22E+005.30E+00


Señal de corriente recuperada con el Fluke 97







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