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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO EN LA U.S.B. POR SERGIO ALONSO BERROCAL RÍOS INFORME FINAL DE PASANTÍA PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA Sartenejas, Noviembre 2004 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO EN LA U.S.B. POR SERGIO ALONSO BERROCAL RÍOS TUTOR ACADÉMICO: PROF. HUSSEIN M. KHODR TUTOR INDUSTRIAL: PROF. AMINTA VILLEGAS DE OLIVERA INFORME FINAL DE PASANTÍA PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA Sartenejas, Noviembre 2004 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ACTA FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO EN LA U.S.B. POR SERGIO ALONSO BERROCAL RÍOS Sartenejas, Noviembre 2004 ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO EN LA U.S.B. POR SERGIO ALONSO BERROCAL RÍOS RESUMEN El proyecto realizado consistió en el análisis de distintos parámetros eléctricos que definen la calidad del servicio dentro de la Universidad Simón Bolívar. Este análisis fue posible luego de la realización de una serie de etapas preliminares. La primera de ellas fue la recopilación de información técnica y actualizada referente a las normativas tanto nacionales como internacionales, para su respectiva aplicación al caso en estudio. La evaluación derivó de una serie de mediciones en distintos puntos dentro de las instalaciones de la universidad, para esto se realizó un estudio sobre el manejo y configuración de los equipos para realizar dichas mediciones y de los lugares apropiados para las mismas; en total se midió en 22 puntos de 8 edificios de la Universidad, y con distintos formatos de medición, los cuales se clasifican en mediciones de parámetros generales, de arranques y perturbaciones. La gran cantidad de datos obtenidos se clasificaron y se llevaron a un formato común para un mejor manejo y evaluación, para este y futuros proyectos, lo que derivó en más de 800 gráficas y 40 archivos de datos. Finalmente se procedió al análisis individual de cada uno de los parámetros eléctricos en estudio, haciendo hincapié en aquellos que violaron los límites establecidos por las normas referidas. Estos análisis servirán de base a futuros estudios detallados de las instalaciones. Como parte del análisis de las mejoras a la calidad del servicio, aportadas por el programa de ahorro energético, se realizó por último una evaluación de la incidencia del apagado y cambio de luminarias en la Biblioteca. Los resultados fueron alentadores, e invitan a la continuación de esta clase de aportes que derivarán en un mejor servicio a la comunidad. iv DEDICATORIA A mi madre, mi esposa y mi niña. Tres grandes mujeres. Las columnas que me sostienen. Principales responsables de la persona que soy… v AGRADECIMIENTOS A Dios por darme tranquilidad y fortaleza en momentos difíciles. A la Prof. Aminta Villegas por su valioso apoyo académico, laboral y personal. Al Prof. Hussein M. khodr por brindarme la confianza en la realización de este proyecto. A la familia que me vio nacer y crecer, mis padres Gladys y Julio, mis hermanos Ursula, Brenda, Ernesto y Ariana. A Epifanio y Christofer por el apoyo brindado. A la familia que me adoptó como parte suya Mary Barrueta, Benito Amarista e hijos. A mi esposa Yazmín por apoyarme y a mi hija Andreína por alegrarme y enseñarme a crecer junto a ella. A dos grandes personas, fuentes de enseñanzas y buenos consejos, mis socios y amigos incondicionales Onex A y Alcides A. A los amigos con los que compartí grandes momentos a lo largo de mi estadía en la universidad, Rafael Vega, Rafael Saldivia, Carlos Vargas, Leonardo Arana, Maydelín Rivera, Verónica Ponce, Felipe Campo, Luz Marina, Richard Rangel, Leonardo Marrero, Gonzalo Guzmán, Ronald Sulbarán, Zuleima Herrera, Marbelis Gutiérrez, Sara Pareles, Carmen Briñez, Indira Marchena, Ivonne Escalona, María Alejandra Subero, Allan Coursey, Tereza Jáuregui, Edwin Quispe, Joe Mogrovego, Pablo Fajardo, Christian Cruz, Marco Urdaneta, Jonny Hidalgo, José Antonio, Crosbylein López, Igor Subero. A todas aquellas personas que me brindaron su apoyo para la realización de este proyecto, Ing. Ernesto Camacho, Prof. Jaime Salinas, Prof. José Vivas, Ing. Jorge Melián, a los técnicos Evaristo e Ismael. vi ÍNDICE GENERAL 1.- INTRODUCCIÓN..................................................................................................................... 1 1.1 ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 2 2.- UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR ....................................................................................... 4 2.1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA................................................................................................ 4 2.2 ORGANIGRAMA DE LA UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR .................................................. 5 2.3 DEPARTAMENTO DE CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA ................................. 6 2.4 DIRECCIÓN DE SERVICIOS ........................................................................................................ 6 3.- NORMATIVA Y MARCO LEGAL ......................................................................................... 8 3.1 EVOLUCIÓN DE LA INDUSTRIA ELÉCTRICA EN VENEZUELA ......................................... 8 3.2 CRISIS DEL SECTOR ELÉCTRICO ............................................................................................. 9 3.3 CREACIÓN Y EVOLUCIÓN DE NORMAS Y LEYES EN VENEZUELA............................... 10 4.- CONCEPTOS DE CALIDAD DE SERVICIO ELÉCTRICO ................................................ 12 4.1 PARÁMETROS CONSIDERADOS ............................................................................................. 14 4.1.1 Niveles de Tensión .................................................................................................................................. 14 4.1.2 Factor de Potencia ................................................................................................................................... 15 4.1.3 Perturbaciones en sistemas trifásicos. Desequilibrio en las ondas .......................................................... 15 4.1.4 Depresiones de Tensión “Sags”............................................................................................................... 16 4.1.5 Interrupciones .......................................................................................................................................... 17 4.1.6 Elevaciones pasajeras de tensión “Swell” ............................................................................................... 18 4.1.7 Sobretensiones transitorias “transients” .................................................................................................. 18 4.1.8 Sobretensión “Overvoltage” .................................................................................................................... 19 4.1.9 Subtensión “Undervoltage” ..................................................................................................................... 19 4.1.10 Muescas “Notches” ........................................................................................................................... 20 4.1.11 Fluctuaciones rápidas de tensión “Flickers” ...................................................................................... 21 4.1.12 Desviaciones de Frecuencia............................................................................................................... 24 4.1.13 Distorsión armónica........................................................................................................................... 25 5.- MEDICIONES ........................................................................................................................ 32 5.1 PUNTOS DE MEDICIÓN ............................................................................................................. 32 5.2 EQUIPOS DE MEDICIÓN ............................................................................................................ 34 5.3 REALIZACIÓN DE LAS MEDICIONES..................................................................................... 37 6.- RESULTADOS DE LAS MEDICIONES .............................................................................. 40 vii 6.1 NIVELES DE TENSIÓN ............................................................................................................... 40 6.2 FACTOR DE POTENCIA ............................................................................................................. 44 6.3 DESEQUILIBRIO EN LAS ONDAS DE TENSIÓN ................................................................... 50 6.4 DESVIACIONES DE FRECUENCIA. ......................................................................................... 52 6.5 DISTORSIÓN ARMÓNICA DE VOLTAJE ................................................................................ 55 6.6 DISTORSIÓN ARMÓNICA DE CORRIENTE ............................................................................ 60 6.7 DEFORMACIONES EN LA ONDA DE TENSIÓN .................................................................... 63 6.7.1 Mediciones con el Equipo Unilyzer 812 ................................................................................................. 64 6.7.2 Mediciones con el Equipo Unilyzer 900F ............................................................................................... 65 6.8 FLICKERS ..................................................................................................................................... 68 7.- EFECTO DEL APAGADO Y CAMBIO DE LUMINARIAS EN LA BIBLIOTECA .......... 73 7.1 ARMÓNICOS DE CORRIENTE .................................................................................................. 74 7.2 POTENCIA ARMÓNICA ............................................................................................................. 76 7.3 FACTOR DE POTENCIA ............................................................................................................. 78 7.4 ARMÓNICOS DE VOLTAJE ....................................................................................................... 79 7.5 EFECTO DEL ENCENDIDO ........................................................................................................ 80 8.- CONCLUSIONES................................................................................................................... 84 9.- RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 86 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 88 viii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Organigrama de la U.S.B. .................................................................................................5 Figura 2. Ondas Trifásicas Balanceadas y Desbalanceadas. ..........................................................16 Figura 3. Depresión de Tensión. ....................................................................................................17 Figura 4. Interrupción de Tensión. .................................................................................................17 Figura 5. Elevación pasajera de Tensión. .......................................................................................18 Figura 6. Sobretensiones Transitorias. ...........................................................................................18 Figura 7. Sobretensiones. ...............................................................................................................19 Figura 8. Subtensión. ......................................................................................................................19 Figura 9. Muescas "Notches". ........................................................................................................20 Figura 10. Esquema a seguir por los medidores de flicker según IEC 1000-4-15. ........................22 Figura 11. Onda deformada por el "Flicker". .................................................................................23 Figura 12. Ejemplo gráfico de voltaje de "Flicker". .......................................................................24 Figura 13. Desviación de frecuencia. .............................................................................................24 Figura 14. Forma de Onda Distorsionada. .....................................................................................25 Figura 15. Histograma de valores armónicos. ................................................................................26 Figura 16. Ubicación de los Instrumentos de Medición. ................................................................33 Figura 17. VIP System 3 Harmonics Utilities. ...............................................................................35 Figura 18. Unilyzer 812 y 900F. ....................................................................................................37 Figura 19. Niveles de Tensión en QYP ..........................................................................................42 Figura 20. Niveles de Tensión en CB2 ...........................................................................................43 Figura 21. Niveles de Tensión en BIB Tablero A/A. .....................................................................43 Figura 22. Potencia reactiva en el tablero preferencial de la Biblioteca. .......................................46 Figura 23. Factor de potencia en el tablero preferencial de la biblioteca. ......................................47 Figura 24. Factor de potencia registrado en QYP durante una semana..........................................48 Figura 25.Factor de potencia del Alimentador del UPS en MYS. .................................................49 Figura 26. Potencias trifásicas del alimentador del UPS en MYS. ................................................50 Figura 27. Niveles de Frecuencia en QYP 17-05-04. .....................................................................53 Figura 28. Niveles de Frecuencia en ENE acometida principal. ....................................................54 Figura 29. Niveles de THDv en PA1..............................................................................................56 ix Figura 30. Niveles de THDv en CB2. ............................................................................................57 Figura 31. Armónicos de Voltaje en Biblioteca Tablero Principal. ...............................................59 Figura 32. Armónicos de Voltaje en CB2. .....................................................................................60 Figura 33. Perturbaciones en la Onda de Tensión en CB2. ............................................................64 Figura 34. Registro 1 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética. ...............66 Figura 35. Registro 1 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética (“Sags”). 66 Figura 36. Registros 2 y 3 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética. .......67 Figura 37. Registro 4 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética. ...............68 Figura 38. Pst en ENE Acometida Principal a 277v. .....................................................................70 Figura 39. Pst y Plt en ENE Tablero de Iluminación a 277v. ........................................................71 Figura 40. Flickers instantáneos en ENE Tablero de Iluminación. ................................................71 Figura 41. Espectro Armónico de la Corriente en el Piso 1 de la Biblioteca (%). .........................74 Figura 42. Espectro Armónico de la Corriente en la Planta Baja de la Biblioteca (%)..................75 Figura 43. Espectro de la Potencia Armónica Activa del Piso 1 de la Biblioteca (%). ..................76 Figura 44. Espectro de la Potencia Armónica Activa de la Planta Baja de la Biblioteca (%). ......77 Figura 45. Factor de Potencia de los 3 primeros Niveles de la Biblioteca. ....................................78 Figura 46. Espectro Armónico de Voltajes en los pisos 1 y Planta Baja (%). ...............................80 Figura 47. Efecto del arranque de las luminarias en el piso 1 (Primer arranque). .........................81 Figura 48. Efecto del arranque de las luminarias en el piso 1 (Segundo arranque). ......................81 Figura 49. Efecto del arranque de las luminarias en la Planta Baja. ..............................................82 x ÍNDICE DE TABLAS Tabla I. Variaciones de Tensión Permitidas. ..................................................................................15 Tabla II. Límites de Muesca en la Onda de Tensión ("Notch"). ....................................................21 Tabla III. Límites de Distorsión de corriente para sistemas de distribución (120V - 69kV). ........30 Tabla IV. Límites de Distorsión de Voltaje. ..................................................................................30 Tabla V. Resumen del Efecto de los Armónicos. ...........................................................................31 Tabla VI. Mediciones posibles del Equipo VIP SYSTEM 3. ........................................................35 Tabla VII. Posibles mediciones de los Equipos Unilyzer 812 y 900F. ..........................................37 Tabla VIII. Resumen de las Mediciones Realizadas. .....................................................................38 Tabla IX. Variaciones de Tensión Admisibles. ..............................................................................40 Tabla X. Registro de Niveles de Tensión máximos y mínimos. ....................................................41 Tabla XI. Registro de Factores de Potencia por Fase. ....................................................................45 Tabla XII. Registro del Desequilibrio en las ondas de Tensión. ....................................................51 Tabla XIII. Registro de las Frecuencias promedio, máximas y mínimas. ......................................52 Tabla XIV. Registro del THD de Voltaje por Fase (%). ................................................................55 Tabla XV. Registro de la distorsión individual Armónica de Voltaje por Fase (%). .....................58 Tabla XVI. Registro del THD de Corriente por Fase (%). .............................................................61 Tabla XVII. Registro de Corrientes por Fases (A) y TDD por fases. ............................................62 Tabla XVIII. Registros del Pst y Plt (promedios) por Fases. .........................................................69 Tabla XIX. Datos de las muescas originadas por el encendido de luminarias. ..............................82 xi LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS C.V.G.: Corporación Venezolana de Guayana. EDELCA: Electrificación del Caroní. CADAFE: Compañía Anónima de Administración y Fomento Eléctrico. ENELVEN: Compañía Anónima Energía Eléctrica de Venezuela. EdeC.: Electricidad de Caracas. COVENIN: Comisión Venezolana de Normas Industriales. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos. G.O.: Gaceta Oficial. NTSD: Norma Técnica del Servicio de Distribución. rms (Root Mean Square): Raíz Media Cuadrática, valor eficaz de funciones. Sags: Depresiones de Tensión. p.u.: Por unidad. Swell: Elevaciones pasajeras de Tensión. Transients: Sobretensiones transitorias. Overvoltage: Sobretensiones. Undervoltage: Subtensiones. Notches: Muescas en la Onda de Tensión. Flickers: Fluctuación rápida de Tensión. I.E.C.: International Electrotechnical Comitee. Pst (Short-Term Flicker): Severidad del Flicker de corto tiempo (10 minutos). Plt (Long Term Flicker): Severidad del Flicker de largo tiempo (2 horas). T.H.D. (Total Harmonics Distorsion): Distorsión Total Armónica. C.I.G.R.E.: Conferencia Internacional de Grandes Distribuidores de Electricidad. T.D.D. (Total Distorsion Demand): Distorsión Total de la Demanda. P.C.C. (Points of Common Coupling): Puntos de Acoplamiento Común. U.P.S. (Unterrumped Power System): Sistema de Potencia Ininterrumpido. xii CAPÍTULO 1 1.- INTRODUCCIÓN En los últimos años, la Calidad del Servicio Eléctrico se ha transformado en un tema de gran relevancia, tanto para las empresas proveedoras de electricidad como para los consumidores o usuarios finales de este servicio, dada la diversidad de aspectos técnicos y comerciales involucrados en el suministro. La Universidad Simón Bolívar como ente formador de profesionales en el área, no puede escapar a dicho interés, y bajo la iniciativa de la Prof. Aminta Villegas se llevó a cabo la presente pasantía enmarcada dentro del Programa de Ahorro Energético, que en esta etapa busca conocer el funcionamiento del sistema eléctrico de la Universidad en procura de asumir el control total del mismo mediante la compra en Alta Tensión, el cual es un proyecto ambicioso, que de concretarse se convertiría en un logro de gran importancia para el programa. El objetivo comercial de la evaluación de la Calidad del Servicio Eléctrico consiste en procurar la mejora del servicio prestado por las empresas proveedoras de electricidad, así como lograr que los usuarios hagan un uso eficiente del mismo y así evitar la contaminación del producto que se le suministrará a terceros, esto se alcanza mediante mecanismos tales como el uso de sanciones Sin embargo el objetivo de la pasantía no es la búsqueda de sanciones principalmente por dos razones, la primera es que para lograr como usuarios compensaciones económicas o multas a la empresa proveedora, se deben seguir una serie de pasos y etapas protocolares de medición, que demuestren un mal servicio, las cuales no son posible logísticamente, y la segunda es que en los actuales momentos la Universidad Simón Bolívar no es un cliente único de la Electricidad de 1 2 Caracas, debido a que posee 39 medidores en baja tensión, lo que a efectos de la normativa corresponde a 39 clientes independientes. Lo que se busca con esta experiencia es realizar un primer acercamiento a los parámetros técnicos que involucran la Calidad del Servicio Eléctrico dentro del campus universitario a nivel general, dejando para futuras evaluaciones un estudio más profundo y necesario de dichos parámetros a niveles específicos. 1.1 ANTECEDENTES El tema de la Calidad del Servicio Eléctrico es un tema que actualmente está en boga, pero que ha tenido poco tiempo de maduración en el mercado eléctrico venezolano; esto, aunado a que las normativas técnicas en Venezuela se encuentran cronológicamente retrasadas respecto a normativas y experiencias internacionales, hace que este proyecto tenga como base, documentación internacional, así como cursos y normativas nacionales que toman como referencia textos foráneos. Hasta este momento no se han realizado estudios de Calidad del Servicio Eléctrico dentro de la Universidad Simón Bolívar, no obstante se han realizado mejoras en ciertos aspectos como parte del Programa de Ahorro Energético, tales como cambio de luminarias, conscientización para un uso eficiente del servicio eléctrico, aprovechamiento efectivo de los recursos naturales de iluminación, entre otras; todas con el objeto de aprovechar al máximo los recursos con que se cuenta técnica y económicamente. Sin embargo no se han realizado mejoras preventivas profundas en el sistema; las mejoras que se han realizado tales como puestas a tierra y cambios en los circuitos, han sido correctivas, motivadas a fallas en equipos (principalmente computadores), o al crecimiento desmedido de las 3 cargas dentro de las instalaciones sin una debida planificación (Cargas como computadoras y aires acondicionados). Actualmente se tiene a la disposición, a través de la Prof. Aminta Villegas y el Prof. Hussein Khodr, dos equipos de medición con los cuales, a partir de esta experiencia, se deben seguir realizando estudios en la red eléctrica de la universidad de una manera más localizada, con la finalidad de tener un servicio eléctrico confiable, seguro y efectivo, ya sea mediante mejoras en las instalaciones y/o por exigencias a la compañía proveedora del suministro, de un producto de calidad. CAPÍTULO 2 2.- UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR La Universidad Simón Bolívar es una Institución pública de Educación Superior, creada el 18 de julio de 1967, no obstante comenzó sus labores a partir del 19 de enero de 1970. Se encuentra ubicada al sur de Caracas, en el Valle de Sartenejas, en el Municipio Baruta del Estado Miranda. 2.1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA La Universidad Simón Bolívar, se ha destacado por ser una entidad productiva, participativa, innovadora, dinámica en cuanto a desarrollo y aprendizaje, y comprometida con la excelencia. Su misión primordial es contribuir significativamente con: La formación de excelentes profesionales de elevada calidad humana caracterizados por ser creativos, productivos, innovadores, lideres emprendedores y altamente preparados para resolver los problemas y necesidades que demanda la sociedad moderna. Además la Universidad opera como fuente de motivación para la investigación, difusión y aplicación del conocimiento dentro de un foro libre, abierto y crítico. El perfeccionamiento en pro de una sociedad pluralista sin distingo de raza, sexo o religión, incentivando y promoviendo de esta forma el desarrollo armónico de sus dimensiones sociales, políticas, culturales y económicas. 4 5 2.2 ORGANIGRAMA DE LA UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Consejo Superior Consejo Directivo Consejo Académico Con. Apelaciones Pqe. Tec. Sartenejas Contraloría Interna Funindes Com. Electoral Artevisión Con. Coord. SI-USB Com. Clasificadora Com. Permanente Pers. Académico Com. Año Sabático Com. Convenios Canal Alternativo Rectorado Núcleo Litoral Asesoría Jurídica Coord. Programas Especiales Com. Planificación y Desarrollo Coord. Relaciones Internacionales Dir. Deportes Vice Rectorado Académico Div. Ciencias Biológicas Otros Departamentos Div. Ciencias Físicas y Matematicas Dpto. Conversión y Transporte Unid. Laboratorios Dir. Desarrollo Estudiantil Dir. Asuntos Públicos Dir. Seguridad Integral Vice Rectorado Administrativo Div. Ciencias Sociales y Humanidades Dior. Recursos Humanos Secretaria D.A.C.E. Dir. Finanzas Dir. Planta Física Figura 1. Organigrama de la U.S.B. Dir. Servicios Multimedia Dir. Servicios Dir. Servicios Telemáticos Dir. Ingeniería de la Información 6 2.3 DEPARTAMENTO DE CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA El Departamento de Conversión y Transporte de Energía es un componente adscrito a la División de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Simón Bolívar. Se encuentra ubicado en el segundo piso del edificio de Energética. Dicho departamento se define como una unidad académico-administrativa cuyas principales funciones se refieren a la docencia tanto al nivel de pre-grado como de post-grado, la investigación, el desarrollo y la extensión de todas las áreas relacionadas con la Ingeniería Eléctrica, tanto teórica como aplicada. Está conformado por un jefe de departamento que responde ante el Consejo presidido por el director de la División de Ciencias y Matemáticas, demás jefes de departamento, un representante de los jefes de Instituto de Energía, y dos representantes de los profesores, electos por el personal académico adscrito a la respectiva división. La Profesora Aminta Villegas y el Profesor Hussein Khodr pertenecen al Departamento de Conversión y Transporte de Energía y desempeñan sus funciones como Profesora jubilada y Profesor de Post Grado respectivamente. 2.4 DIRECCIÓN DE SERVICIOS Adscrita al Vicerrectorado Administrativo es una unidad administrativa de servicios de tipo técnico asesor; tiene como objetivo fundamental planificar, coordinar y ejecutar las políticas de compras, producción de impresos, prestación de servicios básicos y prestación de servicios especiales. La Dirección de Servicios está a su vez conformada por: Departamentos de Compras: Este departamento se encarga de ejecutar la política de adquisiciones nacionales de bienes y servicios, además de planificar, coordinar, administrar y evaluar los procedimientos de las adquisiciones correspondientes a los 7 centros de costo asignados al Departamento. Departamento de Servicios Generales: Tiene como objetivo planificar, coordinar, controlar y evaluar la prestación de los servicios básicos, el transporte institucional, las mudanzas y el correo de la USB Servicio de Comedores: Tiene como objetivo brindar a la comunidad universitaria un servicio de alimentación sano y balanceado, según la fórmula dietética institucional de la Universidad Simón Bolívar, a través del suministro de los servicios de desayuno y cena a los estudiantes y de almuerzo para toda la comunidad universitaria debidamente autorizada. Servicio de Transporte Colectivo: Este servicio tiene como objetivo suministrar a la comunidad de estudiantes y personal de la USB, un servicio de transporte colectivo que les permita satisfacer la necesidad de trasladarse oportunamente hacia y desde la USB Servicio de Producción de Impresos: Tiene como objetivo programar, coordinar, ejecutar, evaluar y controlar los servicios de reproducción e impresión de material de mediano y alto volumen de las distintas unidades académicas y administrativas de la institución. [1], [2] CAPÍTULO 3 3.- NORMATIVA Y MARCO LEGAL La Calidad del Servicio Eléctrico se rige por normas técnicas, la gran mayoría de estas son realizadas por reconocidos organismos internacionales, y han sido adoptadas para dar origen a los reglamentos nacionales, los cuales son capaces de obligar a la prestación de un servicio de calidad mediante sanciones y multas. Sin embargo este proceso de reglamentación del sector eléctrico no ha nacido y desarrollado en Venezuela con el mismo ahínco con el que se hizo en otros países, cuya cultura del mercado eléctrico es más profunda. A continuación se presenta el porque de tal situación y el proceso de creación de las normativas Venezolanas. 3.1 EVOLUCIÓN DE LA INDUSTRIA ELÉCTRICA EN VENEZUELA La Industria Eléctrica venezolana nació a finales del siglo XIX, producto del esfuerzo de inversionistas privados para atender las necesidades de los principales centros poblados. Es a partir de 1947 que el Estado inicia su participación en el sector eléctrico, con la Corporación Venezolana de Fomento y la electrificación de todo el país y luego con la CVG, creada en 1960, que a través de EDELCA desarrolla el potencial hidroeléctrico del Caroní, impulsando así el desarrollo de la industria pesada. Otras empresas públicas y privadas construyeron plantas térmicas como Planta Centro (CADAFE), Ramón Laguna (ENELVEN) y el Complejo Generador Ricardo Zuloaga (EdeC). Progresivamente se desarrolló el sistema de transmisión de alto voltaje a 230, 400 y 765 kilovoltios que conecta las plantas generadoras con los grandes centros de consumo del país. Del 8 9 sistema interconectado se deriva la sub-transmisión y distribución que alimenta más de 3500 centros poblados con el 92% de la población hoy en día dotada del servicio eléctrico. En la actualidad existen 13 empresas de servicio eléctrico, de las cuales 8 son de capital privado y 5 de capital público. Además existen dos interconexiones con Colombia una a 230 kV y otra a 115 kV así como una a 230 kV con Brasil. [3] 3.2 CRISIS DEL SECTOR ELÉCTRICO La crisis del sector se asocia a la crisis económica, política y social del país y a factores endógenos que se traducen en el deterioro del servicio. Los precios de combustibles y energía primaria, así como las tarifas, son fijados por el Ejecutivo. La práctica usual es retrasar los ajustes tarifarios o no otorgarlos, algunas veces con el pretexto de disminuir la inflación y más recientemente para garantizar paz social, sin tomar en cuenta los costos reales ni el perjuicio causado por el deterioro del servicio. La falta de reglas claras, la incertidumbre sobre el modelo a seguir y la desarticulación del sistema organizativo del sector eléctrico, donde EDELCA aparece adscrita a la CVG, CADAFE al Fondo de Inversiones de Venezuela y otros organismos del sector al Ministerio de la Secretaría de la Presidencia, plantean una situación delicada que tiende a agravarse e incide en la calidad del servicio. Debido a esto cada vez más el servicio es prestado en condiciones de contingencia, con tendencia al incremento de fallas y racionamientos, con el consecuente impacto en la economía del país y en la calidad de vida. Aunado a esto se presentaba la ausencia de un instrumento que sirviera ya no sólo para regular las distintas relaciones jurídicas que emergían de esta actividad, sino también como instrumento de política económica y social en manos del Estado. De manera que ni éste, ni los 10 inversionistas, ni los usuarios, tenían claramente definidos sus derechos y obligaciones, ni mucho menos la dirección hacia la cual se debían orientar las actividades eléctricas del país. Uno y otro problema requerían de respuestas inmediatas, tanto con un plan coherente que respondiera a los previsibles incrementos de la demanda residencial, comercial e industrial, como con una Ley que definiera, de manera estable, las llamadas "reglas del juego".[3] 3.3 CREACIÓN Y EVOLUCIÓN DE NORMAS Y LEYES EN VENEZUELA La crisis del sector eléctrico descrita anteriormente fue la que puso en evidencia la urgencia en la creación de una Ley Macro. Es así como el 17 de Septiembre de 1999 se aprueba el Decreto con Rango y Fuerza de Ley del Servicio Eléctrico, el cual se publica el 21 de septiembre de 1999 en la Gaceta Oficial Nº 36.791. Esta Ley tiene por objeto establecer las disposiciones que regirán el servicio eléctrico en el Territorio Nacional, el cual no había contado con una normativa legal integral que ordenara clara y metódicamente las disposiciones generales aplicables a esta materia. Los únicos antecedentes se encuentran en la Ley sobre Servidores Eléctricos de 1928, Los Decretos Nos. 2.383 y 2.384 ambos de fecha 18 de junio de 1992, y el más reciente Decreto Nº 1.558 de fecha 30 de octubre de 1996, que establece las Normas para la Regulación del Sector Eléctrico, textos insuficientes para llenar el vacío existente. La Ley del Servicio Eléctrico se respalda en El Reglamento General de la Ley del Servicio Eléctrico, el cual fue publicado en la Gaceta Oficial No. 5.510 Extraordinaria del jueves 14 de diciembre de 2000, y tiene por objeto desarrollar las disposiciones de la Ley del Servicio Eléctrico en lo referente a las actividades de generación, transmisión, gestión del Sistema Eléctrico Nacional, distribución y comercialización de potencia y energía eléctrica, así como la actuación de los agentes que intervienen en el servicio eléctrico. 11 Posterior a la creación de este decreto de Ley del Servicio Eléctrico y su Reglamento se aprueba en segunda discusión, el 27 de septiembre de 2001 la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico, la cual se publica el 31 de diciembre de 2001en la Gaceta Oficial Extraordinaria Nº 5.568, derogando así el decreto anterior, manteniendo la casi totalidad de sus artículos modificando solo 13 de ellos y claro está su denominación. Se suman a esta Ley orgánica del Servicio Eléctrico otros instrumentos legales como el Reglamento de Servicio y las Normas de calidad del Servicio de Distribución de Electricidad, aprobadas el 18 de noviembre de 2003 y publicadas el 25 de noviembre de 2003 En Gaceta Oficial Nº 37.825. En Julio del año 2003 se presentó la propuesta de Norma Venezolana COVENIN 11:7-001 “CONTROL DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS”, la cual pretende establecer los límites de tensión y corriente armónica, entre otros parámetros de interés, así como proponer mecanismos de evaluación y corrección de los mismos tanto en instalaciones industriales, comerciales y residenciales como en las empresas de distribución, transporte y generación de energía. Esta norma surge de la necesidad de tener una Norma Técnica relacionada con el control de Armónicos ya que hasta la fecha se ha trabajado con normas internacionales, siendo la más usada la IEEE 519-92. [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10] CAPÍTULO 4 4.- CONCEPTOS DE CALIDAD DE SERVICIO ELÉCTRICO La calidad de servicio es el conjunto de propiedades y estándares normales que, conforme a las leyes y reglamentos, son inherentes a la actividad de distribución de electricidad, y constituyen las condiciones bajo las cuales dicha actividad debe desarrollarse. La importancia de tener una calidad del servicio eléctrico óptima y sobre todo una onda de tensión senoidal de amplitud y frecuencia fija radica en que esta define: El diseño de equipos y dispositivos (Industriales y Residenciales), y sus controles Las pérdidas y calentamientos Los aislamientos Los niveles de interferencia En general define el funcionamiento apropiado del equipamiento, aparatos, dispositivos y procesos del sistema eléctrico. Existen múltiples causas por las cuales la forma de onda de tensión tiende a deteriorase entre las que tenemos: Perturbaciones de origen externo al sistema Perturbaciones por fallas en componentes del sistema Cambios en el estado de funcionamiento del sistema El funcionamiento de cargas cuya operación normal distorsiona las ondas de corriente y tensión Precisamente el último punto es el más preocupante y el que en los últimos años a tomado mayor fuerza. El incremento de las cargas no lineales en los sistemas eléctricos y el de la 12 13 electrónica de potencia (que en los últimos 15 años se ha incrementado en dos ordenes de magnitud y su potencia se ha triplicado, debido a la versatilidad de las mismas para controlar distintos elementos eléctricos, así como para corregir la forma de onda y mejorar el balance entre fases), ha hecho que las perturbaciones en la forma de onda sean más frecuentes e insostenibles por el sistema. Las Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad publicadas en G.O. Nº 37.825 el 25/11/2003, son divididas en tres áreas: Calidad del Producto Técnico: Grado de cumplimiento de los valores admisibles establecidos en la resolución, determinado por mediciones realizadas de los niveles de tensión del fluido eléctrico y la forma de onda de la tensión suministrada por la distribuidora. Calidad del Servicio Técnico: Grado de cumplimiento de los valores admisibles establecidos en la resolución, determinado por las interrupciones del fluido eléctrico conforme a la frecuencia y duración de los mismos. Calidad del Servicio Comercial: Grado de cumplimiento de los lapsos establecidos en la resolución, en la atención de los requerimientos y reclamos de los usuarios. Este trabajo evalúa gran parte de los parámetros que definen la calidad del producto técnico, en base al reglamento de Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad y a las normas existentes que involucran dichos parámetros. La Calidad del Servicio Eléctrico es una responsabilidad compartida entre las empresas de suministro y los usuarios. Esta responsabilidad compartida es la que obliga al usuario a tener una participación activa en las etapas de planificación, diseño, operación, y supervisión del sistema 14 eléctrico para obtener los niveles de calidad que exigen las normas y reglamentos. De lo anterior nace la principal motivación de este trabajo, lograr mediante la participación de la Universidad, la evaluación de la Calidad del Producto que se posee y el discernimiento de la responsabilidad de una posible mala calidad, para así mejorar los parámetros de los cuales la universidad es responsable y exigir a la empresa distribuidora el cumplimiento de los suyos. [3], [9] 4.1 PARÁMETROS CONSIDERADOS La calidad del producto técnico tal como lo dictan las normas venezolanas de calidad del servicio de distribución de electricidad, considera dos parámetros que son: Nivel de Tensión Perturbaciones de la onda de tensión Estos son los parámetros que engloban una serie de elementos involucrados en la Calidad del Servicio Eléctrico cuyo estudio a detalle se muestra a continuación. [9]. 4.1.1 Niveles de Tensión De acuerdo a la Norma de Calidad de Servicio de Distribución de Electricidad se consideran los siguientes niveles de tensión: Alta tensión: Tensión 69kV Media Tensión: 1kV Tensión 69kV Baja Tensión: Tensión 1kV Las variaciones porcentuales permitidas de los niveles de tensión, medidos en los puntos de suministro, con respecto al valor de tensión nominal se muestran en la siguiente tabla: 15 Tabla I. Variaciones de Tensión Permitidas. Nivel de Tensión y Densidad Variaciones (%) Alta Tensión Media Tensión Baja Tensión - Muy Alta Densidad Baja Tensión – Alta Densidad Baja Tensión – Mediana Densidad Baja Tensión – Baja Densidad Baja Tensión – Muy Baja Densidad 5% 6% 6% 6% 8% 10% 10% 4.1.2 Factor de Potencia El actual Reglamento Venezolano no toma en consideración el factor de Potencia como un parámetro a ser limitado, sin embargo se conoce que en otros países sí está establecido, e incluso se sanciona a los usuarios con un factor de Potencia deficiente; es el caso de Las Normas Técnicas y de Calidad del Servicio (Criterios Norma NTSD), que rige a los países del istmo Centroamericano, que en su Título III [Calidad del Producto (Control de Carga del Cliente)] establece que el límite del factor de Potencia permitido es 0.9, acarreando sanciones de permanecer por debajo de este valor por mas del 5% del período total de medición. 4.1.3 Perturbaciones en sistemas trifásicos. Desequilibrio en las ondas El Desbalance de voltaje se define como la máxima desviación del valor del voltaje trifásico dividido por el valor promedio del mismo expresado en por ciento, tal y como se muestra en la ecuación 1. Sin embargo también puede definirse usando las componentes simétricas. La relación entre la secuencia negativa o cero y la componente de secuencia positiva puede usarse para especificar el porcentaje de desbalance. El Desequilibrio del voltaje del suministro es una condición en una red trifásica, que se 16 caracteriza por el hecho que los valores reales de los voltajes de Fase a Neutro o los ángulos eléctricos entre las fases de secuencia no son iguales. La Norma EN 50 160 prescribe que los valores promedios de 10 minutos de los componentes del sistema con secuencia negativa no deben exceder el 2% de los componentes con secuencia positiva relacionado al 95% de los valores medidos durante una semana. En una red trifásica equilibrada y óptima los componentes del sistema con secuencia negativa son cero. Figura 2. Ondas Trifásicas Balanceadas y Desbalanceadas. Aunque la normativa Venezolana no especifica límites, el indicador para evaluar el desbalance de tensión, en un intervalo de medición de quince (15) minutos de duración, se determinará de acuerdo a la ecuación 1, sobre la base de los valores eficaces (rms) instantáneos medidos en el punto de entrega. Este indicador estará expresado como un porcentaje. [11], [12] Desbalance de Tensión [%] = [3(Vmax - Vmin)/(Va + Vb + Vc)]*100 Ec. 1 4.1.4 Depresiones de Tensión “Sags”. Se define como “Sags” al descenso de la tensión o corriente efectiva, a la frecuencia de la red, con duraciones que van de ½ ciclo hasta 1 minuto. Los valores típicos de la tensión o 17 corriente durante el “Sag” van desde 0.1 hasta 0.9 p.u. [11] Figura 3. Depresión de Tensión. 4.1.5 Interrupciones Se define como la caída total de la tensión por debajo de 0.1 p.u. en una o varias fases. Se clasifican según su duración en: Momentáneas: entre medio Ciclo y 3 segundos Temporales: Entre 3 segundos y 1 minuto Sostenidas: Más de 1 minuto [11] Figura 4. Interrupción de Tensión. 18 4.1.6 Elevaciones pasajeras de tensión “Swell” Se define como el incremento temporal de la tensión eficaz mayor al 10% de las nominales a la frecuencia de la red, de duración entre ½ ciclo y 1 minuto. Los valores típicos de las elevaciones pasajeras están entre 1.1 y 1.8 p.u. [11] Figura 5. Elevación pasajera de Tensión. 4.1.7 Sobretensiones transitorias “transients” Fenómeno de corta duración, que se presenta cuando se pasa de un régimen estacionario a otro. La onda puede ser unidireccional con polaridad positiva o negativa, o presentarse como oscilación amortiguada con un primer pico de polaridad cualquiera. [11] Figura 6. Sobretensiones Transitorias. 19 4.1.8 Sobretensión “Overvoltage” Tipo específico de sobretensión caracterizada por tener un valor más alto que la tensión nominal durante más de 1 minuto. Las sobretensiones poseen unos valores típicos que varían entre 1.1 y 1.2 p.u. [11] Figura 7. Sobretensiones. 4.1.9 Subtensión “Undervoltage” Tensión con valor inferior a la nominal (menores de 0.9p.u.) durante mas de 1 minuto. Los valores típicos varían entre 0.8 y 0.9 p.u. [11] Figura 8. Subtensión. 20 4.1.10 Muescas “Notches” Son perturbaciones de la tensión de corta duración y periódicas las cuales están definidas por su duración y profundidad, la duración está determinada por la inductancia de la fuente, el controlador y la magnitud de la corriente, mientras que la profundidad puede ser reducida con inductancias entre el punto de observación y el controlador (Ej. Transformadores de aislamiento o bobinas de choque). Este tipo de fenómenos es producido principalmente por la conmutación en los dispositivos electrónicos de potencia, este fenómeno se caracteriza por producir distorsiones armónicas de alta frecuencia. El área de las muescas en la onda de tensión (AN), en el punto común de acoplamiento se define como el producto de la duración (t expresado en .µseg) por la profundidad (d expresado en voltios), mientras que la el porcentaje de profundidad de la muesca se define como la razón porcentual entre la profundidad de la misma (d expresado en voltios) entre el valor del voltaje en el instante de la distorsión (v expresado en voltios). Estas definiciones surgen, según las recomendaciones de la IEEE 519-1992 y se ilustran en la figura 9. %profundidad de la muesca=d/v x 100 AN=td=sec·volts d v t=sec Figura 9. Muescas "Notches". 21 Los límites de las muescas de la onda de tensión adoptada por el anteproyecto de norma venezolana de control de armónicos en sistemas eléctricos se muestran en la siguiente tabla: Tabla II. Límites de Muesca en la Onda de Tensión ("Notch"). Aplicaciones Especiales Sistemas Generales Sistemas Dedicados Profundidad de la Muesca (%) Área de la Muesca (AN) (Volt.µseg). 10 20 50 16400 22800 36500 Donde se debe tener presente que el valor de AN para valores mayores de 480V deberá ser multiplicado por V/480. Las aplicaciones especiales incluyen hospitales y aeropuertos mientras que los límites para sistemas dedicados solo aplican para la carga del convertidor. [10], [11]. 4.1.11 Fluctuaciones rápidas de tensión “Flickers” Se denomina flicker, a las fluctuaciones rápidas del voltaje que causan variaciones en la iluminación, las cuales ocasionan fenómenos visualmente perceptibles. Se pueden clasificar en Cíclicas y No-Cíclicas, las primeras producidas por cargas cuyo consumo varía periódicamente como hornos de arco, y las segundas por cargas o variaciones ocasionales de voltaje. Estas se presentan en instalaciones residenciales con aparatos de refrigeración, hornos microondas, impresoras láser, cocinas eléctricas o en instalaciones industriales con encendidos de máquinas rotatorias, soldadores de arco y herramientas de corte. Las pequeñas variaciones de voltaje no producen daño significativo en los equipos, pero si estas ocurren a una baja frecuencia si serán percibidas por el ojo humano. Es por esta razón que los equipos de medición de Flickers están basados en una complicada secuencia de bloques de control en los que se toman en cuenta tanto variaciones de voltaje y frecuencia como la respuesta del ojo a determinados cambios de iluminación y la velocidad de respuesta y memorización del cerebro a los mismos. 22 Según el estándar IEC 1000-4-15 el esquema que deben seguir los medidores de flickers es el siguiente: Figura 10. Esquema a seguir por los medidores de flicker según IEC 1000-4-15. La evaluación de los flickers se divide en dos categorías: Short-term Flicker (Pst): Este término define la evaluación de los niveles de flicker sobre un período corto de tiempo (10 minutos). Este término se evalúa en los equipos de medición según la siguiente expresión: Pst 0.0314P0.1 0.0525P1s 0.0657 P3s 0.28P10s 0.08P50s Ec. 2 Donde los porcentajes P0.1, P1s, P3s, P10s, P50s representan las fluctuaciones rápidas de voltaje ( 100 V V %), que exceden el 0.1, 1, 3, 10, y 50 % de sus valores en el tiempo de estudio. La Fluctuación rápida de voltaje 100 V V % está expresada como una fluctuación en porcentaje de la forma de onda del voltaje rms en el sistema. Desafortunadamente ni el estándar IEC 868-1986, ni el alcance a la IEC 868-1990 proveen una clara definición acerca de los parámetros, sin embargo el espíritu de la norma se puede interpretar de la siguiente forma: El parámetro V se define como la diferencia entre los valores rms instantáneos 23 máximos y mínimos (evaluados sobre ciclos individuales de la forma de onda) de la forma de onda fluctuante de voltaje. El parámetro V se define como un valor rms de la forma de onda fluctuante evaluada sobre un infinitamente largo intervalo de observación Para 230 volts 50 Hz el Pst = 1 y para 120 volt 60 Hz Pst = entre 1.2 y – 1.35 son los parámetros convencionales de irritabilidad y además sus límites Long-term Flicker (Plt): Este término define la evaluación de los niveles de flicker en un período largo (típicamente 2 horas), usando sucesivos valores de Pst. Este término se deriva del Pst según la siguiente expresión: N P sti 3 Plt 3 i 1 N Ec. 3 Donde N representa el número de muestras de Pst con los que se calculará el Plt, este número de pruebas o términos generalmente es 12 lo que equivale a 2 horas. El parámetro convencional de irritabilidad del Plt y además su límite se establece en Plt = 0.65. [13], [14], [15] Figura 11. Onda deformada por el "Flicker". 24 Figura 12. Ejemplo gráfico de voltaje de "Flicker". 4.1.12 Desviaciones de Frecuencia Se define como los cambios permanentes o semipermanentes de la frecuencia de operación del sistema. [11] Figura 13. Desviación de frecuencia. Aunque no es referida en las normas nacionales, según lo indica la IEEE las variaciones permitidas para las desviaciones de frecuencia corresponde a ± 1% o lo que equivale en el sistema venezolano de 60 Hz. a variaciones de ± 0.6 Hz. 25 4.1.13 Distorsión armónica Son voltajes o corrientes sinusoidales que tienen frecuencias múltiples a la fundamental, éstas se originan en cargas no lineales en un sistema de potencia. La distorsión armónica tiene un completo espectro con magnitudes y ángulos de fase de cada componente individual de cada armónica. Generalmente se presentan varias ondas de diferentes órdenes armónicos a la vez, constituyendo un espectro y dando como resultado una onda totalmente distorsionada como resultado (figura 14). Los armónicos se definen habitualmente con los dos datos más importantes que les caracterizan que son: Su amplitud: Hace referencia al valor de la tensión o de la intensidad del armónico, La amplitud de una armónica es generalmente un pequeño porcentaje de la fundamental. Su orden: Hace referencia al valor de su frecuencia referida a la fundamental. Así un armónico de orden 3 tiene una frecuencia tres veces superior a la fundamental. El espectro es la distribución de la amplitud de varias armónicas como una función del número de la armónica, a menudo ilustradas en forma de un histograma, como en la figura 15. Figura 14. Forma de Onda Distorsionada. Descomposición en series de fourier (Fase A) 26 120 100 Porcentaje (%) 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Armonicos respecto a la fundamental Figura 15. Histograma de valores armónicos. En 1812, el matemático Josheph Furier desarrolló las series para funciones periódicas, donde las armónicas se definen como señales periódicas con una frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental. Cualquier fenómeno periódico puede ser representado por una serie de Fourier como la que se indica en la Ecuación 4. n y(t ) Yo Yn 2sen nt n Ec. 4 n1 Yo: es la componente de corriente directa. Yn: es el valor rms de la componente del orden de la armónica. ω : es la frecuencia fundamental φn: es el ángulo de fase de la armónica de orden n cuando t =0. El valor eficaz de una onda distorsionada se obtiene de la suma de las ondas para todos los órdenes armónicos existentes para dicha onda. Para una función sinusoidal, el valor rms es el valor máximo dividido por 2 . Para una onda distorsionada, bajo condiciones estables, la energía disipada por el efecto Joule es la suma de la energía disipada por cada uno de los 27 componentes armónicos. RI 2t RI 12t RI 22t ......... RI n2t Ec. 5 Donde I 2t I12t I 22t ......... I n2t Ec. 6 Despejando la corriente, considerando la resistencia constante I n I n 1 2 n Ec. 7 Los radios de las armónicas y la THD cuantifican las perturbaciones armónicas presentes en una red de energía. El radio: También llamada Tasa de distorsión individual expresa la magnitud de cada armónica con respecto a la fundamental. El radio de la armónica n es el radio del valor rms de la armónica n a la de la fundamental por ejemplo; el radio de la armónica de In es: In% 100 In I1 Ec. 8 El THD: También llamado Distorsión Total de Armónica, cuantifica el efecto térmico de todas las armónicas. (Distorsión D es la relación entre la raíz cuadrada del valor rms de la suma de todas las armónicas y el valor rms de la fundamental de acuerdo a la Norma IEC 61000 la cual sustituye a la antigua Norma IEC 555-1). n THD D Y n2 Y1RMS 2 n 100 Ec. 9 Sin embargo la norma IEEE 519-1992 determina como THD a la relación entre la raíz cuadrada del valor rms de la suma de todas las armónicas y el valor total rms de la magnitud que 28 se está midiendo. n THD D Y n2 2 n YnRMS 100 Ec. 10 Y para este mismo efecto la muy importante CIGRE (Conferencia Internacional de Grandes Distribuidores Eléctricos) al igual que la propuesta de norma venezolana de Control de Armónicos en Sistemas Eléctricos, han tomado la ecuación 9 como referencia en sus trabajos. [10]. Aunque la Distorsión Total Armónica es un índice aplicable para ondas de tensión y corriente (THDV y THDI respectivamente), para el caso de la corriente se ha definido adicionalmente por su característica el índice TDD (Distorsión Total de Demanda), definida como sigue en la Ecuación 11: k TDD donde: I k 2 IL 2 k 100% Ec. 11 Ik: es el valor de la componente armónica individual (rms amp). k: es el orden de la armónica. IL: corriente de carga de demanda máxima (rms amp). Otro aspecto importante que involucra a las componentes armónicas de tensión y corriente, es la Potencia Armónica. La importancia de la Potencia Armónica radica en que es esta (y no los voltajes o corrientes armónicas por separado), la que indica el flujo de los armónicos dentro del sistema. Una potencia Armónica positiva (+) indica que la potencia armónica fluye hacia la carga mientras que si es negativa (-) indica que esta fluye de la carga, es decir que está generada por ella. Un flujo de armónicos desde la carga implica que esta es una fuente de armónicos (podría ser un variador de frecuencia o una planta de carga de baterías). Si la potencia armónica fluye hacia a la carga significa que esta es un pozo de armónicos(los condensadores y 29 los motores son ejemplos que representan bajas impedancias a frecuencia armónicas). La formula con la que se calcula la Potencia Armónica se muestra a continuación. [18], [10]. Pn Vn I n (U n I n ) Donde: Ec. 12 Vn = Valor rms del voltaje armónico de orden n. In = Valor rms de la corriente armónica de orden n. φUn = Fase del voltaje armónico de orden n φIn = Fase de la corriente armónica de orden n n = Orden de la Armónica Con la finalidad de limitar la cantidad de armónicos que producen las instalaciones eléctricas y se produzcan niveles de distorsión en las ondas de voltaje y corriente que puedan afectar a otras instalaciones, se han establecido límites de distorsión para corriente y voltajes. El anteproyecto COVENIN A1A 11:7-001 “Control de Armónicos en Sistemas Eléctricos” establece que un límite aceptable de la distorsión armónica de corriente es aquel, que en condiciones normales de operación, no cause valores no deseados de distorsión armónica de tensión. Además indica que este valor será expresado en porcentaje de la demanda máxima de corriente de carga (TDD). Sin embargo estos valores están tabulados y la norma Venezolana adopta la desarrollada y normalizada por la IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), que es recomendada para mantener niveles aceptables de calidad de servicio. El estándar que contiene estos límites es el IEEE-519 (Recommended Practices and Requeriments for Harmonic Control in Electrical Power Systems). A continuación se muestran las tablas que contienen los límites de distorsión armónica para corrientes y voltaje. [10]. 30 Tabla III. Límites de Distorsión de corriente para sistemas de distribución (120V - 69kV). Máxima Distorsión de Corriente Armónica en Porcentaje de IL Orden Armónico Individual (Armónicos Impares) Isc / IL h < 11 11≤ h <17 17≤ h< 23 23≤ h <35 35≤ h TDD * <20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0 20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 >1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0 Incluso los armónicos son limitados al 25% de los límites armónicos impares anteriores. Las distorsiones de corriente que resulten en una compensación DC, p.e. convertidores de media onda, no son permitidas. Todo equipo de generación de potencia está limitado a estos valores de distorsión de corriente, sin tener en cuenta la relación Isc/IL real. Isc = máxima corriente de cortocircuito en el PCC. IL = máxima corriente de carga demandada (componente de frecuencia fundamental) en el PCC. PCC: Es el punto de acoplamiento común y se encuentra entre el usuario final y la empresa de suministro tal y como lo muestra la figura 16. Tabla IV. Límites de Distorsión de Voltaje. Voltaje de Barra en el PCC Distorsión de Voltaje Individual (%) Distorsión de Voltaje Total THD (%) 69 kV y por debajo 69.001 V a 161 kV 161.001 V y por encima 3.0 1.5 1.0 5.0 2.5 1.5 En contraste con estos límites, las Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad en Venezuela indica que la distorsión de Voltaje Total (THDv), no deberá exceder el 8%, durante más del 5% del tiempo total del período de medición. Los registros de las mediciones corresponderán al valor promedio del THDv durante periodos de 10 minutos. Para la evaluación del THDv se escogió la recomendación del IEEE mostrada en la tabla IV, debido a que representa una mayor exigencia de los niveles aceptables del THDv. La importancia de limitar el nivel de armónicos en el sistema de distribución de 31 electricidad, radica en que estos causan múltiples efectos negativos en el mismo: Tabla V. Resumen del Efecto de los Armónicos. Efectos de los armónicos Causas Consecuencias Las intensidades armónicas provocan el Sobre los Conductores aumento de la I rms Disparo intempestivo de las El efecto pelicular reduce la sección efectiva protecciones de los conductores a medida que aumenta la Sobrecalentamiento de los conductores frecuencia Sobre el Conductor de Neutro Cuando existe una carga trifásica + neutro Cierre de los armónicos homopolares equilibrada que genera armónicos impares sobre el neutro que provoca múltiplos de 3 calentamientos y sobre intensidades. Aumento de la I rms Sobre los Las pérdidas de Foucald son proporcionales al Transformadores cuadrado de la frecuencia, las pérdidas por histéresis son proporcionales a la frecuencia. Aumento de los calentamientos por efecto Joule en los devanados Aumento de las pérdidas en el hierro Sobre los Análogas a las de los transformadores y Análogas a las de los transformadores Motores generación de un campo adicional al principal más pérdidas de rendimiento Sobre los Disminución de la impedancia del Envejecimiento prematuro. condensador con el aumento de la frecuencia Amplificación de los armónicos existentes. Condensadores CAPÍTULO 5 5.- MEDICIONES El desarrollo práctico del proyecto de pasantía tiene como punto de partida la realización de una serie de mediciones que permitan evaluar distintos parámetros, que en general modelan el estado del sistema eléctrico. Lo recomendable es que estas mediciones se efectúen en la mayor cantidad de puntos posibles dentro de las instalaciones y por períodos de tiempo largos y continuos, sin embargo debido a la disponibilidad de equipos y tiempo solo se tomó una muestra reducida de los puntos de medición posibles, durante intervalos cortos de tiempo; sin embargo se mantiene el objetivo fundamental de las mediciones que es tener una muestra de la mayor cantidad de puntos posibles dentro del campus para modelar el estado del sistema eléctrico del mismo, sobretodo durante las horas críticas. 5.1 PUNTOS DE MEDICIÓN Para la escogencia de los puntos en los cuales se realizarían las mediciones dentro de la Universidad Simón Bolívar se tomaron en cuenta dos aspectos: Normativa: La IEEE 519-1992 indica que uno de los posibles puntos en los cuales se puede realizar la medición es el llamado PCC (por sus siglas en ingles Points of Common Coupling), Punto de Acoplamiento Común, el cual se encuentra entre el usuario final y el sistema de suministro, tal y como lo muestra la figura 16. Es por ello que se escogió para las mediciones, los cuartos de electricidad de cada edificio, frontera entre los puntos de medición pertenecientes a la empresa de suministro, y la carga. 32 33 PCC ~ IL ~ Empresa de Servicio Otros Usuarios PCC Empresa de Servicio Usuario en Estudio IL Otros Usuarios Usuario en Estudio Figura 16. Ubicación de los Instrumentos de Medición. Carga Conectada: Dentro de la Universidad Simón Bolívar sede Sartenejas existen alrededor de 39 puntos de medición de la Electricidad de Caracas, por lo que se hizo necesario tomar una pequeña muestra de ellos, dando prioridad a los edificios que posean mayor cantidad de cargas no lineales como computadoras, aires acondicionados, UPS, máquinas rotatorias entre otras. Los edificios seleccionados para el estudio son: Matemáticas y Sistemas: Debido a su alto grado de carga no lineal como computadoras, servidores y UPS (Sistema de Potencia Ininterrumpido). Biblioteca Central: Posee dos tecnologías de iluminación, electromagnético y electrónico), ascensores, aire acondicionado, (balasto computadoras, servidores y UPS. Edificio de Comunicaciones y Auditorio: Su carga está comprendida por equipos electrónicos de radio y televisión, Iluminación con balasto electromagnético, aire acondicionado y computadoras. Laboratorio de Máquinas Eléctricas: Carga altamente inductiva debido a la gran cantidad de máquinas rotatorias que en éste se encuentran, además de iluminación con balasto electromagnético, computadoras y variadores de velocidad para máquinas de inducción trifásicas. 34 Energética: Edificio que posee características estándar de aulas y oficinas, con cargas comunes como iluminación con balasto electromagnético, computadoras, equipos de oficina, neveras y aire acondicionado. Ciencias Básicas II: Este edificio al igual que Energética posee cargas características de aulas y oficinas pero además es el que alimenta el cafetín Amper, lo que introduce cargas importantes como planchas, neveras y motores de pequeños artefactos. Pabellón I, II y parte del Rectorado: En este conjunto de edificios se encuentran cargas interesantes por encontrarse en esta área la sección de reproducción de impresos, la unidad de odontología y el área de biología en la que se encuentran neveras, deshumidificadores aires acondicionados además de equipos de oficina. Edificio de Química y Procesos: Entre las cargas más sobresalientes de este edificio están los equipos de refrigeración, ascensores, equipos de oficina e iluminación y equipos de laboratorio. 5.2 EQUIPOS DE MEDICIÓN El análisis de la Calidad del Servicio Eléctrico requiere equipos de medición precisos y con un amplio rango de lectura de parámetros. Para la realización de las mediciones se usaron principalmente dos equipos: VIP SYSTEM 3 “ELCONTROL”: Instrumento portátil con una cadencia de medida de un segundo mediante el método de muestreo variable y conversión Analógica/Digital. Posee un accesorio que permite la lectura de magnitudes armónicas tanto en corriente como voltaje, este es el “Black Box Harmonics”. El equipo es capaz de realizar las siguientes mediciones: 35 Tabla VI. Mediciones posibles del Equipo VIP SYSTEM 3. Voltajes fase-neutro Potencia activa por fase Factor de potencia por fase Corrientes de línea por fases y neutro Potencia reactiva por fase Distorsión armónica de tensión por fase Frecuencia del sistema Potencia aparente por fase Distorsión armónica de corriente por fases y neutro Porcentaje de sobrecarga del transformador Potencias totales (Calculadas) Potencia armónica en valores y % (Calculada) Harmónicos de voltaje por fase hasta el orden 25, en valores y % Harmónicos de corriente por fases y neutro hasta el orden 25, en valores y % Cosφ por fase hasta el orden 25 Las mediciones mostradas anteriormente se pueden observar directamente y sin necesidad de manipulación adicional mediante el programa Harmonics Utilities Versión 3.0b, sin embargo (aprovechando la opción de exportación de datos), se decidió además presentar las mediciones obtenidas bajo el programa Excel de Microsoft debido a que es un programa mas accesible para futuros estudios y permite realizar y presentar cálculos adicionales los cuales no son posibles con Harmonics Utilities. [16]. Figura 17. VIP System 3 Harmonics Utilities. Unilyzer 812 y 900F “UNIPOWER”: En un principio estaba asignado el equipo Unilyzer 900F el cual posee las mismas características técnicas y parámetros de medición que se mostrarán a continuación para el 36 Unilyzer 812, con la excepción de que el 900F posee un disco duro incorporado el cual permite la medición en sitio sin necesidad del traslado de equipos de computación; lamentablemente este equipo presentó problemas con su configuración y fue enviado a Suecia para la reprogramación y actualización del software, ocasionando así retrasos en la etapa de medición. Una vez terminada la etapa de mediciones con el equipo U812, fue reincorporado el equipo U900F, con el cual se verificaron algunas de las mediciones anteriores, y cuyo resultado se mostrará más adelante, en especial el que tiene que ver con la medición de las fluctuaciones rápidas de tensión “flickers”. Como ya se mencionó el equipo Unilyzer 812 necesita para realizar las mediciones y almacenar los datos, un equipo de computación el cual debía ser trasladado a los lugares escogidos, al no poder contar con una Laptop para dicha tarea (debido a que el equipo requiere el sistema operativo Windows Millenniun), fue asignado un equipo personal de grandes dimensiones, lo cual trajo consigo la dificultad adicional del traslado de una gran cantidad de accesorios a los lugares de medición. Los equipos Unilyzer poseen 8 entradas analógicas de las cuales se usaron 3 para los trasductores de Voltaje y 4 o 5 para los de corriente. La precisión de este equipo es elevada teniendo un error de 0.1% (Sin incluir los trasductores). Estos equipos necesitan de programas de computación para llevar a cabo sus funciones. El Unilyzer 812R V9.13 ®UNIPOWER AB y el Unilyzer 900F EPC V2.09, ambos de la compañía UNIPOWER AB, se requieren para la configuración de las conexiones con las que se realizan las mediciones. Estos programas le dan además versatilidad a los equipos permitiendo la visualización en tiempo real de los parámetros eléctricos disponibles en la función de osciloscopio y diagrama vectorial. Otro programa disponible es el PowerProfile versión Pre. 1.94 UNIPOWER AB 1998, el cual permite la visualización de los datos almacenados. Sin embargo 37 (igual que con el equipo anterior) se decidió hacer uso de la función de exportación de datos para la manipulación y presentación de los mismos bajo un formato común en el programa Excel de Microsoft. [17]. Estos equipos son capaces de realizar las siguientes mediciones: Tabla VII. Posibles mediciones de los Equipos Unilyzer 812 y 900F. Harmónicos de voltaje por fase hasta el orden 50, en valores Harmónicos de corriente por Fases y neutro hasta el orden 50, en valores Voltajes fase-neutro Potencia activa por Fase Factor de potencia por fase Corrientes de línea por fases y neutro Potencia reactiva por fase Distorsión armónica de tensión por fase (Europea y americana) Frecuencia del sistema Potencia aparente por fase Distorsión armónica de corriente por Fases y neutro (Europea y americana) Cosφ por fase del sistema Porcentaje de desbalance de tensión del sistema Energía activa y reactiva Potencia armónica en valores Flickers (Pst y Plt) Potencias totales (Calculadas) Potencia armónica en % (Calculada) Harmónicos de voltaje por fase hasta el orden 50, en % (Calculado) Harmónicos de corriente por fases y neutro hasta el orden 50, en % (Calculado) Figura 18. Unilyzer 812 y 900F. 5.3 REALIZACIÓN DE LAS MEDICIONES De acuerdo a lo enunciado anteriormente se realizaron una serie de mediciones las cuales se resumen en la siguiente tabla: 38 Tabla VIII. Resumen de las Mediciones Realizadas. Edf. Puntos de Medición Fecha Hora inicio Duración Tensión QYP Acom. 17/05/04 17:42 7 Días 277-480 V PA1 ENE ENE MYS MYS COM MYS COM MYS MYS CB2 BIB BIB BIB QYP PA1 PA1 MAQ MAQ Acom. T/C Acom. T/C Ilum. T/C T/C Acom. Acom. UPS Acom. Princ. Pref. A/A Acom. Acom. Acom. Acom. Acom. 19/05/04 22/06/04 23/06/04 06/07/04 07/07/04 15/07/04 16/07/04 19/07/04 20/07/04 21/07/04 22/07/04 23/07/04 23/07/04 23/07/04 26/07/04 27/07/04 27/07/04 30/07/04 30/07/04 10:15 16:00 16:30 00:00 10:00 15:30 13:44 12:07 11:32 9:30 10:54 9:16 11:25 13:37 15:04 10:15 10:55 10:03 12:23 6 Horas 24 Horas 24 Horas 24 Horas 24 Horas 24 Horas 3 Horas 3 Horas 3 Horas 4 Horas 5 Horas 2 Horas 2 Horas 2 Horas 2 Horas 2 Horas 2 Horas 2 Horas 2 Horas 120-208 V 120-208V 277-480 V 240-416 V 240-416 V 120-208 V 120-208 V 120-208 V 240-416 V 120-208 V 240-416 V 120-208 V 120-208 V 277-480 V 277-480 V 120-208 V 120-208 V 240-416 V 240-416 V HT Italia GSC 57 Elcontrol Elcontrol Elcontrol Elcontrol Elcontrol Elcontrol Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 Elcontrol Unilyzer 812 Unilyzer 812 Unilyzer 812 BIB Princ. 24/08/04 15:18 20 Min. 120-208 V Unilyzer 812 BIB Princ. 24/08/04 15:43 15 Min. 120-208 V Unilyzer 812 Equipo Medición Total Total Total Total Total Total Total Total Total Total Total Total y Perturbaciones Total y Perturbaciones Total y Perturbaciones Total y Perturbaciones Total y Perturbaciones Total Total y Perturbaciones Total y Perturbaciones Inrush (Whar Leonard) Total, Ínter armónicos y Flicker Instantáneos Inrush de Luminarias Cuando se habla de medición total se refiere al conjunto de mediciones posibles para cada equipo citadas en las tablas VII y VIII. La medición de perturbaciones se realizó en un período corto de tiempo debido a que su ejecución no era posible realizarla simultáneamente con las mediciones normales de los equipos Unilyzer, dando como resultado que sólo se registraran perturbaciones en la onda de Tensión en los edificios CB2 y ENE las cuales se estudiarán en detalle en el próximo capítulo. Para estudiar el efecto de los Flicker instantáneos registrados por el equipo Unilyzer 812, 39 se realizó una medición especial en los tableros de iluminación ubicados en la Biblioteca Central, adicionalmente se registró el efecto causado por el encendido de las luminarias de balasto electrónico y las de balasto electromagnético en los pisos donde estas se encuentran. Estos resultados se estudiarán en detalle más adelante. CAPÍTULO 6 6.- RESULTADOS DE LAS MEDICIONES Las mediciones realizadas a lo largo del proyecto arrojaron como resultado alrededor de 800 gráficas, cuyo análisis individual sería engorroso y poco práctico, por lo cual se presenta un extracto de los aspectos más importantes de las mismas en las secciones siguientes. Es importante resaltar que la totalidad de las mediciones se presentan en formato digital anexo al presente informe, esa información incluye los archivos originales de las mediciones para ser visualizados con los programas Unipower (para el caso de los equipos Unilyzer), o Harmonics Utilities (para el caso del equipo Elcontrol), así como las mismas mediciones en formato excel, además se incluye registro fotográfico del trabajo práctico del proyecto. 6.1 NIVELES DE TENSIÓN En las instalaciones eléctricas de la Universidad existen 3 niveles de tensión posibles para la alimentación de cada edificio, estos son: 120-208 V, 240-416 V y 277-480 V, existe un rango de variación para dichos niveles de tensión dictados por la Norma de Calidad de Servicio de Distribución de Electricidad, este se cita en la tabla II y especifica que la variación máxima porcentual en baja tensión es de 8% para usuarios ubicados en municipios de mediana densidad, por lo cual las desviaciones permitidas son las siguientes: Tabla IX. Variaciones de Tensión Admisibles. Nivel de Tensión <V> 120FN – 208LL 240FN - 416LL 277FN - 480LL Variación permitida (±8%) <V> 9.6FN - 16.64LL 19.2FN - 33.28LL 22.16FN - 38.4LL 40 [110.4→129.6]FN [220.8→259.2]FN [254.84→299.16]FN 41 En la siguiente tabla se pueden observar los niveles máximos y mínimos de tensión faseneutro para cada medición, y lo que estas variaciones representan en valores porcentuales. En la tabla siguiente (incluso las posteriores), se mostrará en color rojo las mediciones que rebasen los límites mencionados. Tabla X. Registro de Niveles de Tensión máximos y mínimos. Edf. Puntos de Medición Fecha Tensión Nominal Tensión Mínima Tensión Máxima Desviación Porcentual (%) QYP Acom. 17/05/04 277 V 245 V 287.2 V 11.55 3.68 PA1 Acom. 19/05/04 120 V 115.2 V 119.5 V 4.00 0.42 ENE T/C 22/06/04 120V 117.1 V 123.4 V 2.42 2.83 ENE Acom. 23/06/04 277 V 270.9 V 288.1 V 2.20 4.01 MYS T/C 06/07/04 240 V 237.2 V 247.1 V 1.17 2.96 MYS Ilum. 07/07/04 240 V 237.5 V 246.8 V 1.04 2.83 COM T/C 15/07/04 120 V 118.4 V 123 V 1.33 2.50 MYS T/C 16/07/04 120 V 120.208 V 124.92 V 0.17 4.10 COM Princ. 19/07/04 120 V 119.84 V 121.834 V 0.13 1.53 MYS Acom. 20/07/04 240 V 236.832 V 245.52 V 1.32 2.30 MYS UPS 21/07/04 120 V 119.651 V 123.104 V 0.29 2.59 CB2 Acom. 22/07/04 240 V 223.504 V 243.443 V 6.87 1.43 BIB Princ. 23/07/04 120 V 118.333 V 121.656 V 1.39 1.38 BIB Pref. 23/07/04 120 V 117.811 V 123.638 V 1.82 3.03 BIB A/A 23/07/04 277 V 276.664 V 283.145 V 0.12 2.22 QYP Acom. 26/07/04 277 V 277.911 V 282.706 V 0.33 2.06 PA1 Acom. 27/07/04 120 V 117.8 V 121.4 V 1.83 1.17 PA1 Acom. 27/07/04 120 V 116.624 V 121.217 V 2.81 1.01 MAQ Acom. 30/07/04 240 V 237.901 V 244.713 V 0.87 1.96 Se observa que durante los registros realizados sólo se sobrepasa la norma establecida en una ocasión con un 11,55 %, en el edificio QYP durante los registros de una semana de duración, mientras que la segunda variación fuerte se registró en el edificio CB2 con una variación de 6,87 17 /0 17 5/04 /0 18 5/04 /0 18 5/04 /0 18 5/04 /0 18 5/04 /0 18 5/04 /0 19 5/04 /0 19 5/04 /0 19 5/04 /0 19 5/04 /0 19 5/04 /0 19 5/04 /0 20 5/04 /0 20 5/04 /0 20 5/04 /0 20 5/04 /0 20 5/04 /0 21 5/04 /0 21 5/04 /0 21 5/04 /0 21 5/04 /0 21 5/04 /0 21 5/04 /0 22 5/04 /0 22 5/04 /0 22 5/04 /0 22 5/04 /0 22 5/04 /0 23 5/04 /0 23 5/04 /0 23 5/04 /0 23 5/04 /0 23 5/04 /0 24 5/04 /0 24 5/04 /0 24 5/04 /0 24 5/04 /0 5/ 04 05 :4 10 2:00 :0 p 02 8:00 .m. :3 p 4 07 :00 .m. :0 a 0 11 :00 .m. :2 a 03 6:00 .m. :5 a 2 08 :00 .m. :1 p 8 12 :00 .m. :4 p 05 4:00 .m. :1 a 0 09 :00 .m. :3 a 6 02 :00 .m. :0 a 2 : 06 00 .m. :2 p 10 8:00 .m. :5 p 4 03 :00 .m. :2 p 0 : 07 00 .m. :4 a 12 6:00 .m. :1 a 2 04 :00 .m. :3 p 8 09 :00 .m. :0 p 01 4:00 .m. :3 p 0 05 :00 .m. :5 a 6 10 :00 .m. :2 a 02 2:00 .m. :4 a 8 07 :00 .m. :1 p 4 11 :00 .m. :4 p 0 : 04 00 .m. :0 p 08 6:00 .m. :3 a 2 12 :00 .m. :5 a 8 05 :00 .m. :2 p 09 4:00 .m. :5 p 0 02 :00 .m. :1 p 6 06 :00 .m. :4 a 11 2:00 .m. :0 a 8 03 :00 .m. :3 a 4 08 :00 .m. :0 p 12 0:00 .m. :2 p 04 6:00 .m. :5 a 2 09 :00 .m. :1 a 8 : 01 00 .m. :4 4: a.m 00 . p. m . Voltajes (V) 42 %. Todas los demás registros presentaron variaciones de tensión normales y dentro de los límites establecidos. En las figuras que siguen se muestra los casos en que se presentaron las variaciones de tensión más marcadas, aunque en sólo una, como ya se dijo anteriormente, se sobrepasa la banda de variación permitida. Voltaje Fase A Voltaje Fase B Voltaje Fase C 230 Voltajes Voltaje Fase A mín. Voltaje Fase B mín. Voltaje Fase C mín. Tiempo (HH/MM/SG) Figura 19. Niveles de Tensión en QYP Voltaje Fase A máx. Voltaje Fase B máx. Voltaje Fase C máx. 300 290 280 270 260 250 240 Banda de variaciones de Tensión permitidas para 277 V (254.89 → 299.16V) 220 13 :3 8 13 :16 :4 1 13 :1 :4 6 4 13 :16 :4 7 13 :16 :5 0 13 :1 :5 6 3 13 :16 :5 6 13 :16 :5 9 14 :1 :0 6 2 14 :16 :0 5 14 :16 :0 8 14 :1 :1 6 1 14 :16 :1 4 14 :16 :1 7 14 :1 :2 6 0 14 :16 :2 3 14 :1 :2 6 6 14 :16 :2 9 14 :16 :3 2 14 :1 :3 6 5 14 :16 :3 8 14 :16 :4 1 14 :1 :4 6 4 14 :16 :4 7 14 :16 :5 0 14 :1 :5 6 3 14 :16 :5 6 14 :16 :5 9 15 :1 :0 6 2 15 :16 :0 5 15 :16 :0 8 15 :1 :1 6 1 15 :16 :1 4 15 :16 :1 7 15 :1 :2 6 0 15 :16 :2 3 15 :16 :2 6 15 :1 :2 6 9 15 :16 :3 2 15 :16 :3 5: 16 Voltajes (V) 10 :5 5 11 :03 :0 3 11 :03 :1 1 11 :03 :1 9 11 :03 :2 7 11 :03 :3 5 11 :03 :4 3 11 :03 :5 1 11 :03 :5 9 12 :03 :0 7 12 :03 :1 5 12 :03 :2 3 12 :03 :3 1 12 :03 :3 9 12 :03 :4 7 12 :03 :5 5 13 :03 :0 3 13 :03 :1 1 13 :03 :1 9 13 :03 :2 7 13 :03 :3 5 13 :03 :4 3 13 :03 :5 1 13 :03 :5 9 14 :03 :0 7 14 :03 :1 5 14 :03 :2 3 14 :03 :3 1 14 :03 :3 9 14 :03 :4 7 14 :03 :5 5 15 :03 :0 3 15 :03 :1 1 15 :03 :1 9 15 :03 :2 7 15 :03 :3 5: 03 Voltajes (V) 43 Voltaje Fase A Voltaje Fase B Voltaje Fase C 229 228 227 226 Voltaje Fase A Voltaje Fase B Voltaje Fase C 277 276 Voltajes Voltaje Fase A mín. Voltaje Fase B mín. Voltaje Fase C mín. Voltajes Voltaje Fase A mín. Voltaje Fase B mín. Voltaje Fase C mín. Voltaje Fase A máx. Voltaje Fase B máx. Voltaje Fase C máx. 245 244 243 242 241 240 239 238 237 236 235 234 233 232 231 230 Banda de variaciones de Tensión permitidas para 240 V (220.8 → 259.2V) 225 224 223 222 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 20. Niveles de Tensión en CB2 Voltaje Fase A máx. Voltaje Fase B máx. Voltaje Fase C máx. 284 283 282 281 280 279 278 Banda de variaciones de Tensión permitidas para 277 V (254.89 → 299.16V) Tiempo (HH/MM/SG) Figura 21. Niveles de Tensión en BIB Tablero A/A. 44 La figura 21 que corresponde a la medición en el tablero de aire acondicionado de la biblioteca central, muestra una tendencia creciente en los niveles de tensión trifásicos, esta tendencia es marcada desde las 3:00pm del día de la medición, la razón por la cual se incrementa la tensión es la desconexión progresiva de la carga que alimenta la línea debido al término de la jornada laboral, que en período vacacional en la biblioteca es hasta las 4:00pm. Sin embargo este incremento es de apenas 3 voltios por lo que no representa una violación a los niveles establecidos. 6.2 FACTOR DE POTENCIA Como se describió en la sección 4.1.2, el límite internacional del factor de potencia es 0.9, el cual se sobrepasó múltiples veces durante el proceso de medición en la Universidad Simón Bolívar, a continuación se presentarán los valores máximos, mínimos y promedios de las mediciones realizadas. 45 Tabla XI. Registro de Factores de Potencia por Fase. Edf. Puntos de Medición Fecha QYP Acom. PA1 Fase A Fase B Fase C Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. 17/05/04 0.83 0.70 0.90 0.84 0.70 0.90 0.81 0.60 0.90 Acom. 19/05/04 0.97 0.96 0.98 0.95 0.92 0.98 0.94 0.90 0.97 ENE T/C 22/06/04 0.79 0.74 0.89 0.81 0.76 0.95 0.79 0.73 0.91 ENE Acom. 23/06/04 0.86 0.82 0.93 0.89 0.78 0.95 0.74 0.63 0.91 MYS T/C 06/07/04 0.99 0.97 0.99 0.97 0.97 0.99 0.99 0.97 0.99 MYS Ilum. 07/07/04 0.91 0.88 0.94 0.93 0.91 0.94 0.91 0.90 0.92 COM T/C 15/07/04 0.84 0.79 0.89 0.79 0.73 0.87 0.84 0.8 0.89 MYS T/C 16/07/04 0.89 0.57 0.99 0.92 0.83 1.00 0.93 0.79 0.97 COM Acom. 19/07/04 0.89 0.86 0.91 0.88 0.86 0.90 0.89 0.87 0.93 MYS Acom. 20/07/04 0.97 0.95 0.99 0.97 0.94 0.99 0.97 0.94 0.99 MYS UPS 21/07/04 0.74 0.70 0.87 0.78 0.73 0.90 0.73 0.69 0.87 CB2 Acom. 22/07/04 0.95 0.87 0.98 0.95 0.85 0.98 0.94 0.85 0.97 BIB Princ. 23/07/04 0.90 0.89 0.91 0.91 0.90 0.92 0.90 0.90 0.92 BIB Pref. 23/07/04 0.92 0.25 1.00 0.91 0.24 1.00 0.9 0.10 1.00 BIB A/A 23/07/04 0.71 0.63 0.77 0.75 0.65 0.84 0.73 0.65 0.80 QYP Acom. 26/07/04 0.79 0.72 0.83 0.70 0.62 0.78 0.85 0.80 0.88 PA1 Acom. 27/07/04 0.96 0.94 0.97 0.95 0.93 0.98 0.89 0.85 0.96 PA1 Acom. 27/07/04 0.96 0.91 1.00 0.95 0.81 1.00 0.90 0.84 1.00 MAQ Acom. 30/07/04 0.63 0.41 0.79 0.69 0.50 0.93 0.73 0.39 0.91 Existen mediciones que se pueden clasificar como extremas, la primera es la correspondiente al Laboratorio de Máquinas eléctricas la cual tiene un promedio de fp. De 0.7, esta medición se puede considerar como la peor condición de operación debido a que durante la misma, se encendieron toda clase de máquinas rotatorias, variadores de frecuencia y el conjunto de motor-generador de frecuencia variable. Un factor de potencia que se mantienen bajo durante toda la jornada laboral es el 46 correspondiente a la acometida del aire acondicionado de la Biblioteca la cual mostró un promedio de f.p.= 0.73, lo bajo de este valor se debe a que el aire acondicionado es una carga básicamente inductiva conformada por grandes compresores y motores, que generan altas potencias reactivas. Si se observa el renglón correspondiente a los valores mínimos, observamos como el tablero preferencial de la biblioteca posee valores extremadamente bajos debido a que esta acometida alimenta entre otras cargas, a los ascensores de la instalación, los cuales en sus continuos arranques causan una elevada potencia reactiva momentánea y por ende un factor de potencia muy por debajo de los valores permitidos, estos cambios momentáneos en la potencia reactiva y el factor de potencia se pueden observar en las figuras 22 y 23. Potencia Reactiva Fase A Potencia Reactiva Fase B Potencia Reactiva Fase C Potencia Reactiva Total Potencias Reactivas Potencia Reactiva Fase A mín. Potencia Reactiva Fase B mín. Potencia Reactiva Fase C mín. Potencia Reactiva Total mín. Potencia Reactiva Fase A máx. Potencia Reactiva Fase B máx. Potencia Reactiva Fase C máx. Potencia Reactiva Total máx. 42 k 40 k 38 k 36 k 34 k 32 k 30 k 26 k 24 k 22 k 20 k 18 k 16 k 14 k 12 k 10 k 8k 6k 4k 2k 0k 11 :2 11 6:55 :2 11 9:5 :3 5 11 2:55 :3 11 5:55 :3 11 8:55 :4 11 1:5 :4 5 11 4:55 :4 11 7:55 :5 11 0:55 :5 11 3:5 :5 5 11 6:55 :5 12 9:55 :0 12 2:5 :0 5 12 5:55 :0 12 8:55 :1 12 1:55 :1 12 4:5 :1 5 12 7:55 :2 12 0:55 :2 12 3:5 :2 5 12 6:55 :2 12 9:55 :3 12 2:55 :3 12 5:5 :3 5 12 8:55 :4 12 1:55 :4 12 4:55 :4 12 7:5 :5 5 12 0:55 :5 12 3:55 :5 12 6:5 :5 5 13 9:55 :0 13 2:55 :0 13 5:55 :0 13 8:5 :1 5 13 1:55 :1 13 4:55 :1 13 7:5 :2 5 13 0:55 :2 3: 55 Potencias Reactivas (VAR) 28 k Tiempo (HH/MM/SG) Figura 22. Potencia reactiva en el tablero preferencial de la Biblioteca. 47 F.P. Fase A F.P. Fase B F.P. Fase C F.P. F.P. Fase A mín. F.P. Fase B mín. F.P. Fase C mín. F.P. Fase A máx. F.P. Fase B máx. F.P. Fase C máx. 1.1 1 0.9 0.8 0.7 F.P. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 11 :2 11 6:55 :2 9 11 :55 :3 11 2:55 :3 5 11 :55 :3 11 8:55 :4 1 11 :55 :4 11 4:55 :4 7 11 :55 :5 11 0:55 :5 3 11 :55 :5 11 6:55 :5 9 12 :55 :0 12 2:55 :0 5 12 :55 :0 12 8:55 :1 1 12 :55 :1 12 4:55 :1 7 12 :55 :2 12 0:55 :2 3 12 :55 :2 12 6:55 :2 9 12 :55 :3 12 2:55 :3 12 5:55 :3 8 12 :55 :4 12 1:55 :4 4 12 :55 :4 12 7:55 :5 0 12 :55 :5 12 3:55 :5 6 12 :55 :5 13 9:55 :0 2 13 :55 :0 13 5:55 :0 8 13 :55 :1 13 1:55 :1 4 13 :55 :1 13 7:55 :2 0 13 :55 :2 3: 55 0 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 23. Factor de potencia en el tablero preferencial de la biblioteca. Una tendencia observada durante la medición de una semana de duración realizada en el edificio de Química y Procesos, es la reducción sistemática del factor de potencia en horas de la noche (específicamente de 8:00pm a 8:00am), y durante los fines de semana. Esta tendencia es claramente visible (en la figura 24), gracias a que el equipo con el cual se realizó estas mediciones posee una precisión de 0.1, por lo que emite valores de factores de potencia tales como 1, 0.9, 0.8, etc. Lo que facilita la visualización de esta tendencia. 48 F.P. Fase A F.P. Fase B F.P. Fase C F.P. Total 1 F.P. F.P. Fase A mín. F.P. Fase B mín. F.P. Fase C mín. F.P. Total mín. F.P. Fase A máx. F.P. Fase B máx. F.P. Fase C máx. F.P. Total máx. Fin de semana 0.9 0.8 0.7 F.P. 0.6 Ma Mi Ju Vi 8pm → 8pm → 8pm → 8pm → 8am 8am 8am 8am 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 17 /0 17 5/0 /0 4 18 5/04 /0 18 5/0 /0 4 18 5/04 /0 18 5/0 /0 4 18 5/0 /0 4 19 5/04 /0 19 5/0 /0 4 19 5/04 /0 19 5/0 /0 4 19 5/0 /0 4 19 5/04 /0 20 5/0 /0 4 20 5/04 /0 20 5/0 /0 4 20 5/0 /0 4 20 5/04 /0 21 5/0 /0 4 21 5/04 /0 21 5/0 /0 4 21 5/0 /0 4 21 5/04 /0 21 5/0 /0 4 22 5/04 /0 22 5/0 /0 4 22 5/0 /0 4 22 5/04 /0 22 5/0 /0 4 23 5/04 /0 23 5/0 /0 4 23 5/0 /0 4 23 5/04 /0 23 5/0 /0 4 23 5/04 /0 24 5/0 /0 4 24 5/0 /0 4 24 5/04 /0 24 5/0 /0 4 5/ 04 05 :4 10 2:0 :0 0 p 02 4:00 .m. :2 p 06 6:0 .m. :4 0 a 8 11 :00 .m. :1 a 03 0:0 .m. :3 0 a 2 : 07 0 .m. :5 0 p 12 4:00 .m. :1 p 04 6:0 .m. :3 0 a 8 09 :00 .m. :0 a 01 0:0 .m. :2 0 a 2 05 :0 .m. :4 0 p 10 4:00 .m. :0 p 02 6:0 .m. :2 0 p 06 8:00 .m. :5 a 11 0:0 .m. :1 0 a 2 03 :0 .m. :3 0 a 07 4:00 .m. :5 p 12 6:0 .m. :1 0 p 8 04 :00 .m. :4 a 09 0:0 .m. :0 0 a 01 2:0 .m. :2 0 a 05 4:00 .m. :4 p 10 6:0 .m. :0 0 p 8 : 02 00 .m. :3 p 06 0:0 .m. :5 0 a 2 11 :0 .m. :1 0 a 03 4:00 .m. :3 a 07 6:0 .m. :5 0 p 8 12 :00 .m. :2 p 04 0:0 .m. :4 0 a 2 : 09 0 .m. :0 0 a 01 4:00 .m. :2 a 05 6:0 .m. :4 0 p 8 10 :00 .m. :1 p 02 0:0 .m. :3 0 p 2 06 :0 .m. :5 0 a 11 4:00 .m. :1 a 03 6:0 .m. :3 0 a 8: .m 00 . p. m . 0 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 24. Factor de potencia registrado en QYP durante una semana. La tendencia mostrada en la figura 24 es propia de la mayoría de los edificios de la universidad (como se corroboró con mediciones realizadas anteriormente). La explicación de dicha tendencia es la presencia de cargas con bajo factor de potencia en las noches, tales como compresores de refrigeradores y aires acondicionados; se observa en la tabla XI que el factor de potencia en el tablero de aire acondicionado de la biblioteca es el más bajo en valores promedios con una media de 0.73 lo que certifica la afirmación anterior. Durante el día ingresan al sistema grandes cargas con mayores factores de potencia, las cuales mejorarán el registrado durante horas no laborables. Por último se tiene que la medición del alimentador del UPS del edificio MYS no sólo 49 posee un bajo factor de potencia (figura 25), sino que este es capacitivo, siendo la única medición de potencia reactiva negativa registrada durante el período de medición. La gran cantidad de computadoras que son alimentadas por este circuito, aunado al hecho de tener un dispositivo con componentes de electrónica de potencia para su respaldo hace que la potencia reactiva sea elevada y negativa como lo muestra la gráfica 26. F.P. Fase A F.P. Fase B F.P. Fase C F.P. F.P. Fase A mín. F.P. Fase B mín. F.P. Fase C mín. F.P. Fase A máx. F.P. Fase B máx. F.P. Fase C máx. 0.95 0.9 0.85 F.P. 0.8 0.75 0.7 0.65 09 :3 2 09 :49 :3 09 9:49 :4 6 09 :49 :5 3 10 :49 :0 0 10 :49 :0 7 10 :49 :1 4 10 :49 :2 10 1:49 :2 8 10 :49 :3 5 10 :49 :4 10 2:49 :4 9 10 :49 :5 6 11 :49 :0 3 11 :49 :1 0 11 :49 :1 7 11 :49 :2 4 11 :49 :3 1 11 :49 :3 8 11 :49 :4 11 5:49 :5 2 11 :49 :5 9 12 :49 :0 6 12 :49 :1 3 12 :49 :2 0 12 :49 :2 12 7:49 :3 4 12 :49 :4 12 1:49 :4 8 12 :49 :5 5 13 :49 :0 13 2:49 :0 9 13 :49 :1 6 13 :49 :2 3 13 :49 :3 0 13 :49 :3 7 13 :49 :4 4 13 :49 :5 1 13 :49 :5 8 14 :49 :0 5: 49 0.6 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 25.Factor de potencia del Alimentador del UPS en MYS. 50 Potencia Activa Total Potencia Reactiva Total Potencia Aparente Total Potencias Trifásicas Potencia Activa Total mín. Potencia Reactiva Tota mín. Potencia Aparente Total mín. Potencia Activa Total máx. Potencia Reactiva Tota máx. Potencia Aparente Total máx. 30 k 25 k 20 k Potencias (W VAR VA) 15 k 10 k 5k 0k -5 k -10 k -15 k 09 :3 09 2:49 :3 09 9:49 :4 09 6:49 :5 10 3:49 :0 10 0:49 :0 10 7:4 :1 9 10 4:49 :2 10 1:49 :2 10 8:49 :3 10 5:49 :4 10 2:49 :4 10 9:49 :5 11 6:49 :0 11 3:49 :1 11 0:49 :1 11 7:4 :2 9 11 4:49 :3 11 1:49 :3 11 8:49 :4 11 5:49 :5 11 2:49 :5 12 9:49 :0 12 6:49 :1 12 3:49 :2 12 0:49 :2 12 7:4 :3 9 12 4:49 :4 12 1:49 :4 12 8:49 :5 13 5:49 :0 13 2:49 :0 13 9:49 :1 13 6:49 :2 13 3:49 :3 13 0:49 :3 13 7:4 :4 9 13 4:49 :5 13 1:49 :5 14 8:49 :0 5: 49 -20 k Tiempo (HH/MM/SG) Figura 26. Potencias trifásicas del alimentador del UPS en MYS. 6.3 DESEQUILIBRIO EN LAS ONDAS DE TENSIÓN Los valores del desequilibrio en las ondas de tensión se adquirieron de 2 maneras distintas, de forma directa a través del equipo Unlilyzer o mediante la aplicación de la ecuación 1 de la sección 4.1.3 en los otros equipos ya que estos no presentan directamente dicho valor. 51 Tabla XII. Registro del Desequilibrio en las ondas de Tensión. Edf. Puntos de Medición Fecha QYP Acom. PA1 Desbalance de Tensión Prom. Mín. Máx. 17/05/04 0.68 0.67 0.72 Acom. 19/05/04 0.01 0.00 0.02 ENE T/C 22/06/04 0.22 0.02 0.62 ENE Acom. 23/06/04 0.03 0.02 0.04 MYS T/C 06/07/04 0.01 0.01 0.02 MYS Ilum. 07/07/04 0.01 0.00 0.02 COM T/C 15/07/04 0.01 0.00 0.01 MYS T/C 16/07/04 0.26 0.07 0.58 COM Acom. 19/07/04 0.13 0.00 0.27 MYS Acom. 20/07/04 0.25 0.10 0.41 MYS UPS 21/07/04 0.20 0.05 0.33 CB2 Acom. 22/07/04 0.48 0.15 0.88 BIB Princ. 23/07/04 0.29 0.15 0.39 BIB Pref. 23/07/04 0.29 0.18 0.38 BIB A/A 23/07/04 0.21 0.14 0.29 QYP Acom. 26/07/04 0.11 0.03 0.21 PA1 Acom. 27/07/04 0.02 0.00 0.03 PA1 Acom. 27/07/04 0.34 0.00 0.88 MAQ Acom. 30/07/04 0.18 0.05 0.27 Si se toma en cuenta el límite permitido mencionado en la sección 4.1.3, el cual se fija en 2%, se ve que éste es el parámetro más estable de los estudiados durante el proyecto. Se observa claramente que ninguna medición sobrepasa el 1%, siendo las máximas 0,88 registradas en los edificios PA1 y CB2. 52 6.4 DESVIACIONES DE FRECUENCIA. De acuerdo a lo descrito en la sección 4.1.12 la máxima banda de desviación de la frecuencia es de 0.3 Hz. A continuación se muestran tabulados los valores promedios, máximos y mínimos de la frecuencia del sistema en los distintos puntos de medición, además de muestra gráfica de las mediciones donde se presentaron desviaciones considerables. Tabla XIII. Registro de las Frecuencias promedio, máximas y mínimas. Edf. Puntos de Medición Fecha QYP Acom. PA1 Frecuencia del Sistema Prom. Mín. Máx. 17/05/04 60.01 59.60 63.60 Acom. 19/05/04 59.99 59.90 60.00 ENE T/C 22/06/04 59.99 59.90 60.10 ENE Acom. 23/06/04 59.65 10.7 60.00 MYS T/C 06/07/04 60.00 59.90 60.00 MYS Ilum. 07/07/04 60.00 59.90 60.00 COM T/C 15/07/04 59.98 59.80 60.10 MYS T/C 16/07/04 60.02 59.92 60.15 COM Acom. 19/07/04 60.00 59.89 60.14 MYS Acom. 20/07/04 60.00 59.91 60.19 MYS UPS 21/07/04 60.00 59.90 60.12 CB2 Acom. 22/07/04 60.00 59.89 60.14 BIB Princ. 23/07/04 60.00 59.95 60.07 BIB Pref. 23/07/04 60.00 59.93 60.11 BIB A/A 23/07/04 60.03 59.93 60.15 QYP Acom. 26/07/04 60.00 59.91 60.10 PA1 Acom. 27/07/04 60.00 59.90 60.00 PA1 Acom. 27/07/04 60.00 59.89 60.12 MAQ Acom. 30/07/04 60.00 59.92 60.12 Solo 2 de las mediciones realizadas violan la normativa existente, y ambas con la misma 53 característica, desviaciones momentáneas o instantáneas de un solo punto de medición en ambos casos, para el caso de QYP los registros muestran mediciones promedios, máximas y mínimas durante una cadencia de 2 minutos, el punto en cuestión se refiere al valor máximo de la medición, siendo los valores mínimos y promedios durante el mismo intervalo 60Hz, lo que induce a pensar que si pudo haber sido una desviación real de la frecuencia del sistema y no una falla del equipo, debido a que al ser los valores promedios y mínimos exactamente 60Hz, induce a pensar que el máximo se produjo durante un solo instante que poco afectó al valor promedio; estos valores se observan en la figura 27. Frecuencia Frecuencia Frecuencia mín. Frecuencia máx. 63.7 63.5 63.3 63.1 62.9 62.7 Banda de variaciones de Frecuencia permitidas para 60 Hz. (59.7 → 60.3 Hz.) 62.5 62.3 Frecuencia (Hz) 62.1 61.9 61.7 61.5 61.3 61.1 60.9 60.7 60.5 60.3 60.1 59.9 59.7 17 /0 17 5/0 /0 4 18 5/0 /0 4 18 5/0 /0 4 18 5/0 /0 4 18 5/0 /0 4 18 5/0 /0 4 19 5/04 /0 19 5/0 /0 4 19 5/0 /0 4 19 5/0 /0 4 19 5/0 /0 4 19 5/0 /0 4 20 5/0 /0 4 20 5/0 /0 4 20 5/0 /0 4 20 5/0 /0 4 20 5/0 /0 4 21 5/0 /0 4 21 5/0 /0 4 21 5/04 /0 21 5/0 /0 4 21 5/0 /0 4 21 5/0 /0 4 22 5/0 /0 4 22 5/0 /0 4 22 5/0 /0 4 22 5/0 /0 4 22 5/0 /0 4 23 5/0 /0 4 23 5/0 /0 4 23 5/0 /0 4 23 5/04 /0 23 5/0 /0 4 23 5/0 /0 4 24 5/0 /0 4 24 5/0 /0 4 24 5/0 /0 4 24 5/0 /0 4 5/ 04 05 :4 10 2:0 :0 0 p 02 6:0 .m. :3 0 p 06 0:0 .m. :5 0 a 11 4:0 .m. :1 0 a 03 8:0 .m. :4 0 a 08 2:0 .m. :0 0 p 12 6:00 .m. :3 p 04 0:0 .m. :5 0 a 4 09 :0 .m. :1 0 a 01 8:0 .m. :4 0 a 06 2:0 .m. :0 0 p 10 6:0 .m. :3 0 p 02 0:0 .m. :5 0 p 07 4:0 .m. :1 0 a 11 8:0 .m. :4 0 a 04 2:0 .m. :0 0 a 08 6:0 .m. :3 0 p 12 0:0 .m. :5 0 p 05 4:0 .m. :1 0 a 09 8:00 .m. :4 a 02 2:0 .m. :0 0 a 06 6:0 .m. :3 0 p 10 0:0 .m. :5 0 p 03 4:0 .m. :1 0 p 07 8:0 .m. :4 0 a 12 2:0 .m. :0 0 a 04 6:0 .m. :3 0 p 08 0:0 .m. :5 0 p 01 4:0 .m. :1 0 p 05 8:0 .m. :4 0 a 10 2:0 .m. :0 0 a 02 6:00 .m. :3 a 06 0:0 .m. :5 0 p 4 11 :0 .m. :1 0 p 03 8:0 .m. :4 0 p 08 2:0 .m. :0 0 a 12 6:0 .m. :3 0 a 04 0:0 .m. :5 0 p 4: .m 00 . p. m . 59.5 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 27. Niveles de Frecuencia en QYP 17-05-04. El segundo caso en estudio corresponde a la acometida principal de ENE, en la cual se 54 registró un notable descenso del valor de la frecuencia, muy por debajo de los límites establecidos. La medición se realizó con el equipo Elcontrol, cuyos registros de este parámetro solo se presentan en valores promedios durante el intervalo de medición, que en este caso fue de 10 minutos, es evidente que una variación de tal magnitud registrada durante un intervalo tan grande sería notoria, a través de fallas, tanto en los equipos de computación como de iluminación, no obstante durante este período no se reportaron tales fallas lo que lleva a pensar que este valor tan discordante corresponde a alguna clase de falla interna del equipo, otra posible causa es que haya ocurrido un fallo en la alimentación del mismo pero queda descartada debido a que los demás parámetros se encuentran acordes a lo esperado al momento del descenso de la frecuencia. Estos valores se encuentran ilustrados en la figura 28. Frecuencia Frecuencia 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 40 38 36 34 32 Notable violación de la banda de variación de frecuencia permitida. 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 16 :3 0 17 :00 :1 0 17 :00 :5 0 18 :00 :3 0 19 :00 :1 0 19 :00 :5 0 20 :00 :3 0 21 :00 :1 0 21 :00 :5 0 22 :00 :3 0 23 :00 :1 0 23 :00 :5 0 00 :00 :3 0 01 :00 :1 0 01 :00 :5 0 02 :00 :3 0 03 :00 :1 0 03 :00 :5 0 04 :00 :3 0 05 :00 :1 0 05 :00 :5 0 06 :00 :3 0 07 :00 :1 0 07 :00 :5 0 08 :00 :3 0 09 :00 :1 0 09 :00 :5 0 10 :00 :3 0 11 :00 :1 0 11 :00 :5 0 12 :00 :3 0 13 :00 :1 0 13 :00 :5 0 14 :00 :3 0 15 :00 :1 0 15 :00 :5 0 16 :00 :3 0: 00 Frecuencia (Hz) 42 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 28. Niveles de Frecuencia en ENE acometida principal. 55 6.5 DISTORSIÓN ARMÓNICA DE VOLTAJE Uno de los factores de mayor relevancia en el estudio actual de la calidad del servicio eléctrico es la Distorsión Total Armónica de Voltaje, debido a que indica que tan susceptible es el sistema a las corrientes armónicas. De acuerdo a lo descrito en la sección 4.1.13 el límite para el THDv a una tensión menor a 69kV es de 5%. A continuación se muestran los valores promedios, mínimos y máximos del THDv con soporte gráfico de las muestras críticas. Tabla XIV. Registro del THD de Voltaje por Fase (%). Edf. Puntos de Medición Fecha QYP Acom. PA1 Fase A Fase B Fase C Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. 17/05/04 1.36 0.40 2.00 1.58 0.90 2.10 1.36 0.10 2.00 Acom. 19/05/04 3.76 3.46 4.19 3.41 3.09 4.05 4.14 3.90 5.35 ENE T/C 22/06/04 2.24 1.64 3.25 2.26 1.60 3.19 2.58 1.95 3.91 ENE Acom. 23/06/04 3.24 2.49 4.79 2.51 1.94 3.74 2.77 2.33 4.18 MYS T/C 06/07/04 2.96 1.57 4.53 3.04 1.70 4.49 3.05 1.86 4.42 MYS Ilum. 07/07/04 2.87 1.81 4.52 2.98 1.87 4.28 3.13 2.13 4.35 COM T/C 15/07/04 2.86 1.94 3.91 2.95 1.93 3.98 2.85 1.87 4.18 MYS T/C 16/07/04 1.12 0.94 1.87 1.41 1.21 2.05 1.22 1.10 2.07 COM Acom. 19/07/04 3.12 2.96 3.45 3.31 3.14 3.57 3.07 2.92 3.32 MYS Acom. 20/07/04 3.04 2.93 3.25 3.37 3.23 3.52 3.13 2.95 3.31 MYS UPS 21/07/04 1.07 0.82 1.51 1.29 1.12 1.57 1.30 1.11 1.52 CB2 Acom. 22/07/04 7.46 6.99 7.92 7.61 6.86 8.16 7.51 7.05 7.96 BIB Princ. 23/07/04 3.71 3.61 3.82 3.83 3.73 3.92 4.09 4.03 4.20 BIB Pref. 23/07/04 2.35 2.29 2.45 2.41 2.34 2.54 2.66 2.60 2.76 BIB A/A 23/07/04 1.02 0.78 1.4 0.78 0.55 1.12 1.07 0.78 1.46 QYP Acom. 26/07/04 1.38 1.26 1.56 1.44 1.34 1.60 1.31 1.19 1.46 PA1 Acom. 27/07/04 3.11 2.44 3.83 2.97 2.58 3.32 3.75 3.43 4.18 PA1 Acom. 27/07/04 2.83 2.47 3.09 2.66 2.38 2.89 3.57 3.23 2.89 MAQ Acom. 30/07/04 1.47 1.33 1.60 1.59 1.43 1.69 1.37 1.22 1.48 56 Se observan dos violaciones a los límites establecidos por la IEEE. El primero de ellos se registró en un solo punto de la medición como lo muestra la figura 29, y corresponde al PA1. THD V Fase A THD Voltaje THD V Fase B THD V Fase C 6 5 THD Voltaje (%) 4 3 2 Máximo valor del THDv permitido por el IEEE519 para tensión ≤ 69kV (5%) 1 10 :1 5 10 :00 :2 5 10 :00 :3 5 10 :00 :4 5 10 :00 :5 5 11 :00 :0 5 11 :00 :1 5 11 :00 :2 5 11 :00 :3 5 11 :00 :4 5 11 :00 :5 5 12 :00 :0 5 12 :00 :1 5 12 :00 :2 5 12 :00 :3 5 12 :00 :4 5 12 :00 :5 5 13 :00 :0 5 13 :00 :1 5 13 :00 :2 5 13 :00 :3 5 13 :00 :4 5 13 :00 :5 5 14 :00 :0 5 14 :00 :1 5 14 :00 :2 5 14 :00 :3 5 14 :00 :4 5 14 :00 :5 5 15 :00 :0 5 15 :00 :1 5 15 :00 :2 5 15 :00 :3 5 15 :00 :4 5 15 :00 :5 5 16 :00 :0 5 16 :00 :1 5: 00 0 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 29. Niveles de THDv en PA1. La segunda violación a los límites encontrada corresponde al edificio de Ciencias Básicas II. Los valores mostrados en la figura 30 están muy por encima de los límites establecidos, a pesar que el equipo Unilyzer 812 graba los valores mínimos obtenidos durante el intervalo de registro, estos igualmente están por encima del 5%. 57 THDu V Fase A THDu V Fase B THDu V Fase C THDu Voltaje THDu V Fase A mín. THDu V Fase B mín. THDu V Fase C mín. THDu V Fase A máx. THDu V Fase B máx. THDu V Fase C máx. 8.4 8.2 8 7.8 THDu Voltaje (%) 7.6 7.4 7.2 7 6.8 6.6 6.4 Todos los valores sobrepasan el máximo valor del THDv permitido por el IEEE-519 para tensión ≤ 69kV (5%) 10 :5 5 11 :03 :0 3 11 :03 :1 1 11 :03 :1 9 11 :03 :2 7 11 :03 :3 5 11 :03 :4 3 11 :03 :5 1 11 :03 :5 9 12 :03 :0 7 12 :03 :1 5 12 :03 :2 3 12 :03 :3 1 12 :03 :3 9 12 :03 :4 7 12 :03 :5 5 13 :03 :0 3 13 :03 :1 1 13 :03 :1 9 13 :03 :2 7 13 :03 :3 5 13 :03 :4 3 13 :03 :5 1 13 :03 :5 9 14 :03 :0 7 14 :03 :1 5 14 :03 :2 3 14 :03 :3 1 14 :03 :3 9 14 :03 :4 7 14 :03 :5 5 15 :03 :0 3 15 :03 :1 1 15 :03 :1 9 15 :03 :2 7 15 :03 :3 5: 03 6.2 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 30. Niveles de THDv en CB2. En el estudio de la distorsión Armónica también se limitan las Distorsiones individuales, tal y como se indicó anteriormente, la distorsión de voltaje individual máxima permitida es del 3% para un nivel de tensión menor a 69 kV. A continuación se presentan los valores promedios, máximos y mínimos del la distorsión de voltaje de la armónica de 3er orden para las 3 fases en caso de ser esta la mayor de las armónicas individuales (como usualmente lo es); sin embargo se presentaron casos en que la armónica de 3er orden no era la mayor, en cuyo caso se presentaron además las de 5to y 7mo orden. Mas adelante se mostrarán los gráficos de las mediciones críticas. 58 Tabla XV. Registro de la distorsión individual Armónica de Voltaje por Fase (%). Edf. Punto de Medición Orden QYP Acom. QYP Fase A Fase B Fase C Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. 3ro 0.76 0.00 1.89 1.05 0.00 2.03 0.63 0.00 1.82 Acom. 5to 0.87 0.00 1.63 1.00 0.00 1.73 0.92 0.00 1.71 PA1 Acom. 3ro 3.46 3.19 3.80 3.19 2.88 3.50 3.66 3.42 4.44 ENE T/C 3ro 0.34 0.00 0.93 0.44 0.00 1.27 1.15 0.42 2.79 ENE T/C 5to 1.34 0.66 2.02 1.24 0.49 1.91 1.35 0.83 2.07 ENE T/C 7mo 0.80 0.25 1.61 0.95 0.33 2.1 0.98 0.33 1.71 ENE Acom. 3ro 2.73 1.94 4.40 2.06 1.37 3.57 2.34 1.73 3.91 MYS T/C 3ro 2.56 1.03 4.30 2.69 1.23 4.29 2.67 1.28 4.23 MYS Ilum. 3ro 2.50 1.29 4.04 2.67 1.06 4.09 2.79 1.65 1.53 COM T/C 3ro 2.16 0.84 3.51 2.22 1.00 3.53 2.10 0.84 3.46 MYS T/C 3ro 0.44 0.32 0.65 0.51 0.35 0.75 0.58 0.48 0.75 MYS T/C 5to 0.78 0.67 0.85 0.89 0.82 0.94 0.75 0.66 0.84 MYS T/C 7mo 0.32 0.23 0.42 0.50 0.42 0.62 0.31 0.23 0.40 COM Princ 3ro 2.86 2.81 2.95 2.97 2.92 3.06 2.79 2.72 2.90 MYS Acom. 3ro 2.95 2.87 3.09 3.28 3.18 3.40 3.01 2.88 3.17 MYS UPS 3ro 0.45 0.33 0.57 0.50 0.40 0.64 0.79 0.69 0.89 MYS UPS 5to 0.68 0.55 0.79 0.73 0.64 0.81 0.68 0.58 0.77 MYS UPS 7mo 0.37 0.27 0.42 0.51 0.44 0.56 0.41 0.32 0.46 CB2 Acom. 3ro 7.19 6.77 7.59 7.36 7.06 7.60 7.31 6.93 7.71 BIB Princ. 3ro 3.61 3.53 3.70 3.74 3.67 3.81 3.96 3.93 4.01 BIB Pref. 3ro 2.27 2.24 2.33 2.32 2.28 2.38 2.54 2.50 2.58 BIB A/A 3ro 0.37 0.33 0.45 0.34 0.30 0.42 0.43 0.30 0.63 QYP Acom. 3ro 0.54 0.47 0.64 0.72 0.60 0.85 0.57 0.46 0.71 QYP Acom. 5to 0.90 0.75 1.08 0.93 0.78 1.14 0.88 0.73 1.08 QYP Acom. 7mo 0.52 0.38 0.66 0.47 0.32 0.62 0.45 0.32 0.58 PA1 Acom. 3ro 2.58 2.16 3.26 2.49 2.08 2.91 3.08 2.70 3.48 PA1 Acom. 3ro 2.63 2.40 2.85 2.48 2.28 2.67 3.09 2.90 3.30 MAQ Acom. 3ro 1.07 1.06 1.10 1.21 1.13 1.27 1.00 0.96 1.03 59 Tres registros se consideran críticos para este parámetro, ellos son PA1, la acometida principal de la Biblioteca y CB2. De estos solo el valor del THDv de la Biblioteca (3.9%), no sobrepasa los límites del mismo ya que (como se observa en la figura 31), los valores de las armónicas 5, 7, 9 y 11 se mantienen por debajo de 0,7%. La violación del límite establecido por parte del 3er armónico para el edificio CB2 (Figura 32), es la mayor registrada, alcanzando un valor de 7.3%, es esta la razón del elevado valor del THDv para este edificio. Afortunadamente se tienen registros de la onda de tensión correspondientes a la acometida de la instalación en la cual se observa una fuerte distorsión y se estudiará en detalle en la sección 6.7.1. Harmónicos Voltaje Fase A Harmónicos Voltaje Harmónicos Voltaje máx. Harmónicos Voltaje mín. 105 100.00 100 95 90 85 Valor máximo permitido para la distorsión individual armónica de voltaje (3%) 80 75 Harmónicos Voltaje (%) 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 3.61 5 0 0.29 0 1 3 0.56 0.23 5 7 0.41 0.13 0.20 0.23 0.16 0.07 9 11 13 15 17 19 Orden del Harmónico Figura 31. Armónicos de Voltaje en Biblioteca Tablero Principal. 60 Harmónicos Voltaje Fase A Harmónicos Voltaje Harmónicos Voltaje máx. Harmónicos Voltaje mín. 105 100.00 100 95 90 85 80 75 Harmónicos Voltaje (%) 70 65 Valor máximo permitido para la distorsión individual armónica de voltaje (3%) 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 7.19 5 0 0.12 0 1 3 1.04 1.22 5 7 0.89 0.12 0.44 0.32 0.25 0.16 9 11 13 15 17 19 Orden del Harmónico Figura 32. Armónicos de Voltaje en CB2. 6.6 DISTORSIÓN ARMÓNICA DE CORRIENTE Dentro de los parámetros relacionados con las componentes armónicas se encuentra el THDi que es la distorsión armónica total de corriente. Aunque no existe un límite numérico para este parámetro (como si ocurre para el TDD), el THDi ayudará a hallar este último ya que ninguno de los equipos proporciona el TDD de forma directa. 61 Tabla XVI. Registro del THD de Corriente por Fase (%). Fase A Edf. Puntos de Medición Fecha QYP Acom. PA1 Fase B Fase C Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. Prom Mín. Máx. 17/05/04 7.55 3.90 13.80 11.38 7.90 16.40 9.10 5.70 14.90 Acom. 19/05/04 12.50 10.11 15.47 11.05 7.60 14.87 12.70 10.04 15.40 ENE T/C 22/06/04 33.34 19.06 46.12 41.84 22.05 57.40 49.93 29.10 61.33 ENE Acom. 23/06/04 23.12 16.82 28.41 17.76 10.79 25.71 15.76 10.28 21.42 MYS T/C 06/07/04 11.80 MYS Ilum. 07/07/04 29.19 25.03 32.15 29.06 25.71 31.36 28.75 26.59 30.30 COM T/C 15/07/04 10.91 MYS T/C 16/07/04 31.61 10.42 49.35 34.38 20.50 46.69 30.87 12.06 46.75 COM Acom. 19/07/04 11.23 MYS Acom. 20/07/04 15.96 13.48 17.44 16.46 12.49 17.91 15.44 13.93 16.90 MYS UPS 21/07/04 24.36 22.41 32.28 26.18 24.71 28.34 26.12 24.30 35.61 CB2 Acom. 22/07/04 9.37 BIB Princ. 23/07/04 19.37 18.63 19.85 19.09 17.91 19.68 16.62 16.27 17.00 BIB Pref. 23/07/04 20.83 3.73 24.78 7.79 1.04 9.47 4.26 0.61 13.21 BIB A/A 23/07/04 1.88 1.57 2.36 1.53 1.25 2.00 1.46 1.23 1.86 QYP Acom. 26/07/04 6.86 4.58 9.88 10.51 8.25 12.50 12.19 7.72 13.88 PA1 Acom. 27/07/04 11.31 7.85 14.76 11.10 8.66 14.89 15.85 13.33 18.52 PA1 Acom. 27/07/04 10.99 7.11 15.02 11.35 6.95 15.15 16.47 10.74 19.72 MAQ Acom. 30/07/04 14.43 4.59 33.92 13.10 4.08 32.99 10.60 9.32 7.95 8.87 7.92 14.86 13.43 10.88 17.07 12.80 10.27 16.66 14.76 10.07 13.26 7.67 10.63 11.10 6.75 6.45 8.55 16.94 17.64 12.21 25.20 9.25 12.85 9.00 8.39 7.41 7.26 3.17 11.22 10.00 26.49 Como se dijo en el párrafo anterior es necesario calcular el TDD para poder discernir si se violan o no los límites establecidos para este parámetro, el cálculo se realizará según la ecuación que sigue. TDD THDiprom Inom prom Ec. 13 Im axC arg a Los valores de las corrientes serán los que correspondan a la frecuencia fundamental. Los valores para la corriente nominal y la corriente máxima de carga son los obtenidos 62 durante los propios intervalos de medición, estos intervalos no poseen la extensión suficiente como para tener los datos precisos de la corriente máxima de carga ni la nominal, es por esto que la tabla que se muestra a continuación no es concluyente, y se realizará el estudio del THDi en base a lo que ésta afecte el THDv tal y como se refiere en la sección 4.1.13, donde se extrae del anteproyecto COVENIN para el control de armónicos, que un valor aceptable del THDi es aquel que en condiciones normales de operación no cause valores no deseados en el THDv. Tabla XVII. Registro de Corrientes por Fases (A) y TDD por fases. Fase A Puntos de Medición Fecha QYP Acom. PA1 Edf. Inom Imax Prom Carga 17/05/04 132.2 383.7 Acom. 19/05/04 212.6 ENE T/C 22/06/04 ENE Acom. MYS Fase B Inom Imax Prom Carga 2.60 127.7 365.2 247.0 10.75 196.1 54.67 107.6 16.94 23/06/04 47.55 103.2 T/C 06/07/04 110.4 MYS Ilum. 07/07/04 COM T/C MYS Fase C Inom Imax Prom Carga 3.97 127.4 378.3 3.06 252.0 8.59 207.2 256.0 10.27 51.23 120.2 17.83 56.25 111.1 25.28 10.65 34.40 49.4 12.37 35.97 78.00 7.27 160.6 8.11 98.9 138.9 9.56 107.4 155.9 8.81 133.1 250.0 15.54 124.1 213.0 16.93 124.3 195.8 18.25 15/07/04 78.82 95.9 8.97 89.41 134.5 6.69 80.72 110.2 12.92 T/C 16/07/04 114.8 191.9 18.90 124.5 258.2 16.57 121.0 255.7 14.60 COM Acom. 19/07/04 394.3 453.6 9.76 383.6 432.2 6.81 396.8 447.9 7.97 MYS Global 20/07/04 227.9 264.5 13.75 232.5 284.1 13.47 266.6 293.2 14.04 MYS UPS 21/07/04 79.71 83.54 23.24 74.30 79.20 24.56 76.99 80.86 24.86 CB2 Acom. 22/07/04 229.2 302.9 7.09 217.6 274.8 8.79 233.2 293.8 6.66 BIB Princ. 23/07/04 550.9 565.1 18.88 541.2 566.5 18.24 550.1 566.0 16.15 BIB Pref. 23/07/04 36.3 178.9 4.23 36.9 187.1 1.53 20.0 165.1 0.51 BIB A/A 23/07/04 153.4 377.3 0.76 151.3 382.3 1.61 162.8 422.2 0.56 QYP Acom. 26/07/04 110.6 130.9 5.79 97.1 110.0 9.27 115.6 136.0 10.36 PA1 Acom. 27/07/04 153.9 174.1 9.99 135.1 162.3 9.23 149.4 180.7 13.10 PA1 Acom. 27/07/04 149.4 185.0 8.87 132.7 204.8 7.35 146.5 195.4 12.34 MAQ Acom. 30/07/04 69.00 198.7 5.01 61.54 198.3 4.07 68.67 195.4 3.73 TDD TDD TDD 63 Tal y como se mencionó anteriormente el THDi y el TDD son valores que tendrán relevancia según sea el grado de perturbación o distorsión que causen al THDv. Se estudió en la sección 6.5 que el mayor valor del THDv se registro en el edificio CB2 con un promedio de 7.5%, lo cual coincide con la deformación observada en la forma de onda (ver sección 6.7), no obstante se evidencia en las tablas XVI y XVII que los valores del THDi y del TDD para este punto de medición no son los mayores, (THDi = 10 y TDD = 7). Como se verá en la siguiente sección, la onda de tensión registrada en la acometida del edificio CB2 es bastante distorsionada. La principal fuente de estas distorsiones es la contaminación armónica en la corriente que consumen las cargas, sin embargo en este caso el THDi promedio para CB2 es 10% muy por debajo del que se registró en cargas como las de MYS y Biblioteca, el factor que determina el límite del TDD en el PCC y el impacto sobre el THDv es la corriente de corto circuito (Icc); mientras menor sea esta, mayor será el impacto que tendrá sobre el THDv, además la relación Icc/Imax carga determinará el límite del TDD que en el peor de los casos es del 5%, el cual estaría violando este registro al tener un TDD del 7%. 6.7 DEFORMACIONES EN LA ONDA DE TENSIÓN Los equipos Unilyzer 812 y 900F cuentan con una opción de medición que registra distorsiones en la forma de onda de tensión; esto se basa en la comparación de la forma de onda real en el punto de medición con una forma de onda sinusoidal ideal, si la diferencia entre ambas es superior al 10% se registrará en la memoria de la computadora un ciclo anterior a la perturbación y 4 ciclos posteriores. Lamentablemente esta opción de registro no es posible realizarla simultáneamente con el resto de los parámetros; a continuación se presentará los registros obtenidos con ambos equipos. 64 6.7.1 Mediciones con el Equipo Unilyzer 812 Durante el período de medición de los parámetros generales de cada uno de los edificios en estudio se procedió al registro de las perturbaciones de la onda de tensión, esta se realizó durante los siguientes 20 minutos luego de realizar las mediciones principales; esto por la imposibilidad de realizar las mediciones simultáneamente y por el hecho de no poder dejar el equipo sin supervisión durante largos períodos de tiempo por razones de seguridad. El registro de las deformaciones se realizó en 5 edificios de la universidad, a saber: Ciencias Básicas 2, Biblioteca Central (tableros de Aire Acondicionado, Preferencial y Principal), Química y Procesos, Pabellón 1 y Laboratorio de Máquinas Eléctricas. De estos edificios sólo se registraron perturbaciones en la onda de tensión en Ciencias Básicas 2. En el edificio en cuestión se registraron 40 perturbaciones divididas en 10 por cada archivo guardado, lo que indica que la onda de tensión se encontraba permanentemente deformada, tal y como lo mostrarán las siguientes gráficas. Onda real Referencia A: Diferencia máxima: 40V pico → 28.28V rms. Diferencia B: Diferencia máxima: 85V pico → 60.1V rms. Figura 33. Perturbaciones en la Onda de Tensión en CB2. 65 En la figura 33 se observan las dos clases de perturbaciones registradas en CB2, la primera alcanza una diferencia tope de 28.28v lo que corresponde a un 12% respecto a una onda ideal de magnitud 235.6v, mientras que la segunda alcanza una desviación máxima de 60.1v, o lo que es lo mismo un 25% respecto a la ideal de 240v; la diferencia entre los valores que se toman como ideales (235,6v y 240v) se debe a que en el primero se configuró el equipo para que este escogiera la tensión de operación como la nominal, mientras que en el segundo se configuró para tener la tensión nominal del sistema. La diferencia entre ambas tensiones tomadas como ideales (≈ 2%), no es suficiente para causar diferencias tan marcadas entre la desviación A (12%) y la B (25%), por lo que se evidencia que se trata de desviaciones de distinta naturaleza y no se relacionan por la magnitud de las mismas, lo que confirman las formas de ondas de las diferencias respectivas (Ondas Azules). La notable distorsión en la onda de tensión se ve reflejada en los valores del THDv en dicho edificio, el cual oscila alrededor del 7.3 %. 6.7.2 Mediciones con el Equipo Unilyzer 900F A mediados de Octubre se contó con el equipo Unilyzer 900F luego de su reconfiguración y actualización del software, además se cumplieron ciertos requisitos de seguridad para poder dejar el equipo instalado en los puntos de medición por 24 horas. Así fue como se registraron perturbaciones en la onda de tensión en el edificio de energética, específicamente en el tablero de fuerza. Durante las 24 horas de estudio se registraron 4 perturbaciones en la onda de tensión. La primera y más crítica se presento el 14-10-04 a las 9:35pm y se puede observar en las figuras 34 y 35. 66 Elevación de Tensión Depresión de Tensión Fase A Onda real Fase B Referencia Diferencia Fase C Figura 34. Registro 1 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética. Se observa en la figura que la deformación en la forma de onda de tensión corresponde a una muesca en la fase B de aproximadamente 40v pico (28.28v rms → 0.76v p.u.), esta causó la elevación parcial y momentánea del voltaje en la fase A. Este efecto ocasionó una depresión momentánea en la tensión que se puede ver en la siguiente gráfica y que afectó a las fases A y B. Nivel de referencia 171v pico = 1pu 150v pico = 0.88pu 130v pico = 0.76pu Figura 35. Registro 1 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética (“Sags”). 67 Según la definición de “Sags” (sección 4.1.4), estos tienen una duración de ½ ciclo a 1 minuto y magnitud que oscila entre 0.1 y 0.9 p.u.; como se observa en la figura 35 la deformación de las ondas correspondientes a las fases A y B entran dentro de estas características, con magnitudes de 0.88p.u. y 0.76 p.u. respectivamente y una duración superior a los 4 ciclos, la duración del “Sags” puede ser superior pero lamentablemente el equipo por razones de espacio de memoria solo graba 4 ciclos después de registrada la perturbación. Las dos siguientes perturbaciones no acarrearon implicaciones tan importantes como la anterior, estas ocurrieron el 14-10-04 a las 10:10pm y 10:20pm y se muestran a continuación en la figura 36. Máx. perturbación: 15v rms Figura 36. Registros 2 y 3 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética. Se observa en la figura 36 como estas dos perturbaciones apenas sobrepasan el 10% requerido para el registro de las mismas, con un máximo de 15v rms equivalente al 12.5% de desviación. Finalmente se muestra en la figura 37 la cuarta perturbación registrada durante las 24 horas de medición. 68 Máx. perturbación: 15v rms Figura 37. Registro 4 de Perturbaciones en la Onda de Tensión en el Edif. Energética. Similarmente a las dos anteriores, esta perturbación posee una desviación de apenas 12.5%, pero se diferencia en que posee un pico más marcado y una duración de 0.7 m seg, ocurrió a las 11:22am del 15-10-04 6.8 FLICKERS Durante el período de mediciones de los distintos parámetros en estudio con el equipo Unilyzer 812 se realizó el registro de los Flicker, estos resultaron ser no acordes con lo esperado, como lo indica la tabla XVIII los valores obtenidos con este equipo distan mucho de lo permitido por las normas (Pst ≤ 1 y Plt ≤ 0.65). 69 Tabla XVIII. Registros del Pst y Plt (promedios) por Fases. Fase A Edf. Tablero Fecha BIB Princ. BIB Fase B Fase C Pst Plt Pst Plt Pst Plt 23/07/04 3.37 3.41 3.38 3.42 3.26 3.31 Pref. 23/07/04 3.27 3.27 3.24 3.25 3.27 3.28 COM Princ. 19/07/04 3.59 3.55 3.57 3.54 3.58 3.54 MYS T/C 16/07/04 3.03 3.04 3.02 3.03 3.01 3.02 MYS UPS 21/07/04 3.44 3.44 3.45 3.46 3.42 3.42 PA1 Global 27/07/04 3.13 3.15 3.18 3.20 3.09 3.11 BIB A/A 23/07/04 4.16 4.19 4.14 4.16 4.08 4.10 QYP Global 26/07/04 4.23 4.25 4.32 4.33 4.39 4.40 CB2 Alta 22/07/04 4.93 5.07 4.85 4.85 4.86 4.89 MAQ Global 30/07/04 4.39 4.40 4.42 4.42 4.41 4.41 MYS Global 20/07/04 4.71 4.71 4.72 4.76 4.69 4.68 Niveles de Tensión (V) 120 - 208 277 - 480 240 - 416 El marcado distanciamiento de estos resultados con los límites permitidos originó una serie de dudas respecto a la configuración interna del equipo, la metodología de medición e incluso de la calidad del voltaje que alimenta la universidad. De estas, la última quedó prácticamente descartada ya que niveles de flicker de esa magnitud, deberían ser detectados como parpadeos en la iluminación por la totalidad de la población afectada, (Según las definiciones iniciales de flickers, un Pst = 1 corresponde a la detección del parpadeo por el 50% de las personas afectadas), sin embargo hasta la fecha no se tienen reportes de parpadeos continuos de iluminación, que hayan afectado las instalaciones tan severamente. A mediados de Octubre estuvo disponible nuevamente para el proyecto el equipo Unilyzer 900F, luego de su reconfiguración y actualización del software en Suecia, lugar donde se encuentra la planta de la compañía UNIPOWER. Aunque la etapa de mediciones había culminado para dicha fecha, se hizo necesaria y prudente la realización de mediciones adicionales 70 de flicker, para tratar de aclarar las dudas creadas con las mediciones anteriores. Las mediciones se realizaron en el edificio de Energética en la acometida principal a 277v y en el tablero de iluminación principal del edificio a la misma tensión. Los resultados obtenidos fueron alentadores y se muestran en las figuras 38, 39 y 40. Flickers Corto Tiempo (Pst) Flicker Fase B Flicker Fase A Flicker Fase C 0.1 Máximo valor de Pst = 0.09 durante 1.5 Horas de medición. 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 38. Pst en ENE Acometida Principal a 277v. 13 :0 2: 52 12 :5 2: 52 12 :4 2: 52 12 :3 2: 52 12 :2 2: 52 12 :1 2: 52 12 :0 2: 52 0 11 :5 2: 52 Flicker 0.06 71 Flickers Corto Tiempo (Pst) Flicker Fase B Flicker Fase A Flicker Fase C 0.15 Flicker Largo Tiempo (Plt) 0.14 0.13 0.05 Máximo valor de Plt = 0.05 durante 2 Horas de medición. 0.04 0.05 0.05 0.045 0.04 0.12 0.035 0.03 0.11 0.025 0.02 0.1 Flicker 0.09 0.015 Máximo valor de Pst = 0.09 durante 2 Horas de medición. 0.01 0.005 0.08 0 0.07 15:56:34 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 15 :5 6: 34 15 :4 6: 34 15 :3 6: 34 15 :2 6: 34 15 :1 6: 34 15 :0 6: 34 14 :5 6: 34 14 :4 6: 34 14 :3 6: 34 14 :2 6: 34 14 :1 6: 34 14 :0 6: 34 0 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 39. Pst y Plt en ENE Tablero de Iluminación a 277v. Flicker Fase A Flickers Instantáneo Flicker Fase B Flicker Fase C 0.35 0.3 Máximo valor de Flicker instantáneo = 0.3 durante 2 Horas de medición, en intervalos de grabación de 1 seg. 0.25 Flicker 0.2 0.15 0.1 0.05 13 :5 6 13 :35 :5 9 14 :46 :0 2 14 :57 :0 6 14 :08 :0 9 14 :19 :1 2 14 :30 :1 5 14 :41 :1 8 14 :52 :2 2 14 :03 :2 5 14 :14 :2 8 14 :25 :3 1 14 :36 :3 4 14 :47 :3 7 14 :58 :4 1 14 :09 :4 4 14 :20 :4 7 14 :31 :5 0 14 :42 :5 3 14 :53 :5 7 15 :04 :0 0 15 :15 :0 3 15 :26 :0 6 15 :37 :0 9 15 :48 :1 2 15 :59 :1 6 15 :10 :1 9 15 :21 :2 2 15 :32 :2 5 15 :43 :2 8 15 :54 :3 2 15 :05 :3 5 15 :16 :3 8 15 :27 :4 1 15 :38 :4 4 15 :49 :4 8 15 :00 :5 1 15 :11 :5 4 15 :22 :5 7 16 :33 :0 0: 44 0 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 40. Flickers instantáneos en ENE Tablero de Iluminación. 72 Las figura 38,39 y 40 muestran unos resultados coherentes con lo esperado y descartan inequívocamente la última duda creada acerca de las mediciones, la cual indicaba una pobre calidad de la tensión en las instalaciones. Sin embargo no queda del todo claro si la razón de tan elevados niveles de Flickers registrados con el equipo Unilyzer 812, fue un mal funcionamiento del mismo o la conexión realizada en los 11 puntos de medición. La manera de averiguarlo era realizando una medición simultánea con ambos equipos e idéntica configuración de conexión, y así poder comparar resultados. Lamentablemente la solicitud del equipo Unilyzer 812 no fue atendida con la prontitud necesaria, imposibilitando la realización de dicha prueba. Teniendo como premisa que el equipo Unilyzer 900F presentó problemas en su programación al principio del proyecto (Por lo cual tuvo que ser enviado a Suecia), se presume que la causa de los resultados arrojados por el equipo Unilyzer 812 respecto a los Flickers sea la misma, es decir errores en la configuración interna del equipo; en especial la que tiene que ver con la frecuencia de la red, ya que en Europa (Lugar de origen del equipo), la frecuencia de la red es 50Hz. y para la evaluación de los flickers se necesitan los valores máximos y mínimos rms de tensión de cada ciclo individual, ciclo que es calculado en base a dicha frecuencia. Lamentablemente a la fecha de culminación del proyecto no se pudo corroborar la hipótesis de la falla del equipo, y aunque existe la posibilidad de error durante las conexiones o configuraciones de la medición por parte del autor de la presente, se reitera que es remota, ya que de ser así se repitió durante los 11 puntos de medición iniciales, mas no en la medición realizada con el equipo Unilyzer 900F. CAPÍTULO 7 7.- EFECTO DEL APAGADO Y CAMBIO DE LUMINARIAS EN LA BIBLIOTECA Uno de los pilares del programa de ahorro energético es el cambio de luminarias de balasto electromagnético, por las de nueva tecnología que involucra balastos electrónicos, tubos eficientes y difusor óptico de alto rendimiento. Estas nuevas luminarias reducen el consumo de energía y por ende la facturación que por concepto de energía eléctrica paga la Universidad Simón Bolívar. Otro aspecto positivo a resaltar con la instalación de este tipo de luminarias es la reducción de potencia requerida, lo que hará posible tener una reserva disponible en las instalaciones, destinada a suplir la requerida por las cargas que se incorporen. En este capítulo se refleja el estudio que se realizó en las instalaciones de la Biblioteca, donde se encuentran instaladas luminarias de ambas tecnologías. La evaluación se realizó con el fin de determinar los efectos que sobre el sistema tiene esta nueva tecnología, y si contribuye a la mejora de la calidad del servicio eléctrico dentro de la Universidad Simón Bolívar. Las mediciones para el estudio se realizaron en el tablero principal del edificio, el cual se encuentra ubicado en el sótano de la Biblioteca, y controla los tableros principales de cada piso, desde este tablero se midieron, monofásicamente, todos los parámetros posibles con el equipo Unilyzer 812 en tres pisos del edificio (simultáneamente en la misma fase de cada alimentador para los tres niveles: Planta Baja, Piso 1 y Piso 2). En el momento de realizarse la medición (3:30pm en período vacacional), las computadoras, servidores y demás cargas no pertenecientes a iluminación se encontraban apagadas, esto con el fin de evaluar solo el efecto de la iluminación en las mediciones armónicas; para este efecto la medición solo se realizó durante 5 minutos. A continuación se presentarán los resultados obtenidos en distintos aspectos, tanto de planta baja 73 74 como del piso 1. 7.1 ARMÓNICOS DE CORRIENTE La planta baja de la Biblioteca está iluminada en su totalidad con 312 luminarias con balasto electrónico, mientras que el piso 1 lo hace con luminarias de balasto electromagnético. Una de las principales diferencias entre estos es la frecuencia a la que trabajan, mientras que el balasto electromagnético trabaja a una frecuencia estándar (60 Hz.), el electrónico lo hace a 20 kHz. Para el momento de la medición no se encontraba la totalidad de la carga conectada en el primer piso debido a que en período vacacional todas las áreas no están encendidas, sin embargo las gráficas que se presentarán a continuación están expresados en porcentajes, por lo que la condición de la carga no es relevante. En primera instancia se muestra en la figura 41 el histograma de las corrientes armónicas generadas por la iluminación con balasto electromagnético. Harmónicos Corriente Piso 1 Harmónicos Corriente Harmónicos Corriente máx. Harmónicos Corriente mín. 105 100.00 100 95 90 85 80 Harmónicos Corriente (%) 75 Alto contenido de Armónicos de corriente de 3er y 5to Orden 70 65 3er Orden: 27.29% 60 55 5to Orden: 7.79% 50 7mo Orden: 1.93% 45 40 35 30 THDi promedio Piso 1: 27.29 25 20 28.451 % 15 7.79 10 5 0.30 0.16 0.04 0.00 1.93 0.01 0.51 0.04 0.34 0.02 8 9 10 11 12 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Orden del Harmónico Figura 41. Espectro Armónico de la Corriente en el Piso 1 de la Biblioteca (%). 75 La figura muestra el alto grado de corrientes armónicas que son generadas por esta clase de luminarias, en especial las de 3er y 5to orden, en total estas luminarias poseen un THDi del 28.45%, afortunadamente el impacto de tan elevada corriente armónica sobre la onda de tensión no es significativo como se indicará en la sección 7.4. Contrariamente a lo que se observa en la figura 41, en la 42 vemos un espectro armónico de corriente acorde con lo que se considera aceptable, esa gráfica corresponde a los armónicos de corriente de la planta baja de la Biblioteca cuya carga de iluminación es en su totalidad es de balasto electrónico. Harmónicos Corriente máx. Harmónicos Corriente Planta Baja Harmónicos Corriente Harmónicos Corriente mín. 105 100.00 100 95 90 85 80 75 Bajo contenido de Armónicos de corriente de 3er y 5to Orden Harmónicos Corriente (%) 70 65 60 3er Orden: 6.19% 55 5to Orden: 0.77% 50 45 40 35 25 THDi promedio Planta Baja: 20 6.425 % 30 15 10 5 6.19 0.20 0.14 0.04 0.77 4 5 0.03 0.58 0.03 0.81 0.03 0.49 0.03 8 9 10 11 12 0 0 1 2 3 6 7 Orden del Harmónico Figura 42. Espectro Armónico de la Corriente en la Planta Baja de la Biblioteca (%). El THDi de estas cargas es de 6.43%, un nivel bajo para distorsión total de corriente, 76 siendo el orden más alto el tercero, con un 6.19% respecto al fundamental. Cabe destacar que la hoja técnica de estos balastos indica un THDi ≤ 10%, lo que se pone corrobora con estas mediciones. Estos resultados muestran lo ventajoso que es para mejorar la calidad del servicio eléctrico el cambio de luminarias, por lo menos en lo que a corrientes armónicas se refiere. 7.2 POTENCIA ARMÓNICA Para corroborar que las luminarias ubicadas en el primer piso de la biblioteca inyectan armónicos a la red, se midió la potencia armónica generada por la carga, evidenciando un resultado esperado como se muestra en la siguiente figura. Harmónicos Potencia Activa máx. Harmónicos Potencia Piso 1 Harmónicos Potencia Activa Harmónicos Potencia Activa mín. 105 100.0000 100 95 90 85 80 Potencia Activa de 3er y 5to Orden Negativas lo que indica que la carga inyecta armónicos de ese Orden a la red 75 Harmónicos Potencia (%) 70 65 3er Orden: -0.367% 60 5to Orden: -0.0149% 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 6 7 8 9 10 0 0.0149 0.3570 -5 0 1 2 3 4 5 Orden del Harmónico Figura 43. Espectro de la Potencia Armónica Activa del Piso 1 de la Biblioteca (%). 77 Como se especificó en la sección 4.1.13 una potencia armónica negativa indica flujo de armónicos de ese orden desde la carga. Las luminarias de antigua tecnología inyectan un flujo de potencia armónica de 3er y 5to orden hacia la red, aunque los valores porcentuales son pequeños, implican contaminación de la red. A continuación se mostrarán los armónicos de potencia generados por las luminarias de tecnología de balasto electrónico. Harmónicos Potencia Planta Baja Harmónicos Potencia Activa máx. Harmónicos Potencia Activa Harmónicos Potencia Activa mín. 105 100.0000 100 95 90 85 Potencia Activa de 3er Orden positiva y pequeña lo que indica que la carga No inyecta Armónicos a la red y es muy poco lo que absorbe 80 75 Harmónicos Potencia (%) 70 3er Orden: 0.035% 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0.0000 0.0000 0.0950 0.0000 2 3 4 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 6 7 8 9 10 0 -5 0 1 5 Orden del Harmónico Figura 44. Espectro de la Potencia Armónica Activa de la Planta Baja de la Biblioteca (%). Evidentemente la potencia armónica generada por esta tecnología de luminarias es mucho menor a la generada por la anterior, se observa que en todos los órdenes la misma es 0% respecto a la fundamental a excepción del 3er orden el cual se ubica en un 0.04% (positivo), esto indica que absorbe de la red armónicos de este orden aunque en un bajo porcentaje (un orden de 78 magnitud menor al 3er armónico de potencia en el piso 1), esto hace pensar que parte de la corriente armónica de 3er orden registrada para la planta baja (6.19%) se debe a la insertada en la red por parte de las luminarias del piso 1 (27.29%). La mejoría mostrada en función de la potencia armónica de las cargas es otro aspecto que habla muy bien de la nueva tecnología instalada. 7.3 FACTOR DE POTENCIA Otra característica importante de los balastos electrónicos en las nuevas luminarias es un alto factor de potencia. La hoja técnica de estos balastos indica un f.p. ≥ 0.98 lo que se refleja en la siguiente gráfica. F.P. Piso 1 F.P. F.P. Piso 1 mín. F.P. Piso 1 máx. F.P. Planta Baja F.P. Planta Baja mín. F.P. Planta Baja máx. F.P. Piso 3 F.P. Piso 3 mín. F.P.Piso 3 máx. 1.1 1 0.9 0.8 0.7 F.P. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 F.P. Piso 1: 0.84 0.1 F.P. Planta Baja: 1 Tiempo (HH/MM/SG) Figura 45. Factor de Potencia de los 3 primeros Niveles de la Biblioteca. 0 15 :3 8: 1 0 15 :3 7: 1 0 15 :3 6: 1 15 :3 5: 1 0 0 79 Como se indicó en la sección 4.1.2 acerca del factor de potencia, este tiene un límite a nivel internacional de 0.9, las luminarias de tecnología electromagnética violan este límite ya que su f.p. = 0.84, sin embargo esta condición no se considera crítica si se observa aisladamente, pero al compararla con el f.p.= 1 de la nueva tecnología, queda evidenciada una clara desventaja para las primeras y una alta eficiencia para las recién instaladas. Si se considera que la carga de la iluminación en Biblioteca es un 75% de la total (sin contar aires Acondicionados; con estos la iluminación sería un 40% de la total), se habla de una reducción considerable, no solo del consumo, sino también en la demanda, ya que los requerimientos de potencia reactiva serían mínimos si todas las instalaciones fueran iluminadas con esta clase de luminarias, el inconveniente de esto es el costo elevado que poseen todos los productos de última tecnología. 7.4 ARMÓNICOS DE VOLTAJE Según la propuesta de Norma Venezolana para el control de Armónicos, una distorsión armónico de corriente es aceptada (sin importar lo elevada que sea), si no causa efectos negativos en la distorsión armónica de voltaje. Este aspecto es el que se quiere evaluar, y para ello se muestra la siguiente comparación de gráficas de THDv. 80 Los valores de los armónicos de voltaje de 3er Orden se mantienen bajos y similares en ambos niveles Piso 1: 2.09% Planta Baja: 2.08% Harmónicos Voltaje Planta Baja Harmónicos Voltaje máx. Harmónicos Voltaje Piso 1 Harmónicos Voltaje máx. Harmónicos Voltaje 105 100 95 95 90 90 85 85 80 80 75 75 70 70 Harmónicos Voltaje (%) Harmónicos Voltaje (%) 100.00 100 65 THDv promedio Piso 1: 60 55 50 45 2.185 % 40 35 Harmónicos Voltaje mín. 100.00 65 THDv promedio Planta Baja: 60 55 50 45 2.208 % 40 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 5 Harmónicos Voltaje Harmónicos Voltaje mín. 105 10 0.61 0.16 0.03 0.02 0.01 2.09 0.01 0.03 0.01 0.32 0.01 0.01 0.01 0.18 0.01 0.01 0.01 0.31 0.01 0.02 0.01 0.19 0.01 0.01 0 5 0.49 0.16 0.03 0.03 0.01 2.08 0.01 0.02 0.00 0.56 0.00 0.01 0.00 0.13 0.00 0.02 0.00 0.28 0.00 0.01 0.00 0.18 0.00 0.01 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Orden del Harmónico 8 9 10 11 12 0 1 2 3 4 5 6 Orden del Harmónico 7 8 9 10 Figura 46. Espectro Armónico de Voltajes en los pisos 1 y Planta Baja (%). Se observa unos niveles parejos tanto de armónicos individuales (3er Orden) como de THDv, en primera instancia se concluiría que no es relevante la mejora que el cambio de luminarias significa para el THDv, sin embargo hay que tomar en cuenta la diferencia de las cargas en operación al momento de la medición; como se mencionó anteriormente no todo el piso 1 estaba encendido, pero si la planta baja, esto no tiene implicaciones sobre los porcentajes armónicos de corriente, pero si se toma en cuenta que la carga del piso 1 fue 50% menor a la de la planta baja, y aún así esta carga originó un voltaje armónico de 3er orden levemente superior al de la planta baja, se concluye que con la misma cantidad de carga, el efecto sobre el espectro armónico de voltaje sería mayor al reflejado con estas mediciones. 7.5 EFECTO DEL ENCENDIDO Finalmente se evaluó el efecto del encendido de las luminaras de ambas tecnologías sobre la onda de tensión del tablero principal de la Biblioteca. Esta medición se realiza para determinar 11 12 81 que tan nocivo es para el sistema eléctrico una característica especial que tiene el balasto electrónico de las nuevas luminarias, el arranque inmediato. Se realizaron una serie de encendidos de la totalidad de las luminarias de cada piso (planta baja y primer piso), con el fin de captar mediante la opción de Inrush del equipo Unilyzer 812, las formas de onda del alimentador de cada piso durante 1 segundo. De los registros que se obtuvieron se muestran tres, de los cuales dos pertenecen al primer piso (balasto electromagnético, figuras 43 y 44), y uno a la planta baja (balasto electrónico, figura 45). V d t t: 762.5 µseg. d: 15 v V : 164 v % profundidad : 9.15 % Área : 11437.5 7 µseg.v Figura 47. Efecto del arranque de las luminarias en el piso 1 (Primer arranque). t: 1049.4 µseg. d: 22 v V : 162 v t d V % profundidad : 13.58 % Área : 23086.8 µseg.v Figura 48. Efecto del arranque de las luminarias en el piso 1 (Segundo arranque). 82 % profundidad : 139.3 % Área : 311766 µseg.v d V t: 1598.8 µseg. t d: 195 v V : 140 v Figura 49. Efecto del arranque de las luminarias en la Planta Baja. A continuación se muestra en la tabla XIX la síntesis de lo observado en las gráficas anteriores. Tabla XIX. Datos de las muescas originadas por el encendido de luminarias. Luminaria T (µseg.) d (v) V (v) % Profundidad Área (µseg.v) 762.5 15 164 9.14 11437.5 1049.4 22 162 13.58 23086.8 1598.8 195 140 139.29 311766 Electromagnético Electrónico Los datos mostrados son los que se especifican en la sección 4.1.10 (figura 9). Aunque no se pueda evaluar estas distorsiones de la onda de tensión como muescas o Notches (ya que para esto deben ser distorsiones periódicas), se puede tomar los valores límites para servicios generales como referencia, estos son % Profundidad ≤ 20% y Área de la muesca ≤ 22800 µseg.v. Se ve tanto gráfica como numéricamente la gran distorsión que causa en la onda de tensión el encendido simultáneo de 312 luminarias con balasto electrónico de encendido instantáneo. La muesca registrada no solo excedió los límites del porcentaje de profundidad 83 permitidos (un exceso del 696.45%), sino también el área de la muesca (un exceso del 1367.4%). De los dos arranques registrados de las luminarias del 1er piso, solo el segundo excedió el área de la muesca permitido. Es evidente que esta clase de distorsiones en la onda de tensión son dañinas para equipos electrónicos como computadoras y servidores, sin embargo las pruebas realizadas reflejan una condición extrema que difícilmente se lleve a cabo con regularidad, esto debido a que el encendido de las luminarias se realizó de forma distinta a lo que se realiza cotidianamente dentro de las instalaciones de la Biblioteca; para la prueba se encendieron las mas de 300 luminarias de cada piso simultáneamente desde el alimentador del tablero principal de cada piso. Se pudo conocer que la rutina realizada para el encendido de las mismas consiste en hacerlo desde los 5 sub-tableros de iluminación de cada piso, uno a la vez. Esta rutina aliviaría la carga a encender simultáneamente a 1/5, lo que a su vez evitaría muescas de tan grandes proporciones en la onda de voltaje de la planta baja del edificio. CAPÍTULO 10 8.- CONCLUSIONES Al estudiar el gran número de parámetros eléctricos que involucran la Calidad del Servicio dentro de la Universidad Simón Bolívar surge diversos resultados que modelarán el concepto que se tiene del sistema eléctrico, e invitarán a seguir realizando estudios del mismo, los cuales derivarán en mejoras técnicas y económicas. A nivel general se constató que de los 13 parámetros estudiados en el capítulo 4 y que definen la calidad de la Magnitud y Forma de la Onda de Tensión, solo 2 presentaron valores alarmantes y de estos uno lo presentó en solo un edificio de los estudiados. Otros parámetros se acercaron a la frontera de los límites establecidos, mas no representan mayor preocupación. Los límites de niveles de tensión se respetaron en la totalidad de las mediciones a excepción de la realizada durante una semana en QYP, esta violación del nivel de tensión está ligada a la única violación de los límites de frecuencia registrada durante el proyecto. En el mismo intervalo de medición en el cual se registró el desvío en la frecuencia a 63.6 Hz. se produjo la disminución de tensión en una fase a 245v de una nominal = 277v (cada intervalo tiene una duración de 2 minutos). El Factor de Potencia es el parámetro de los estudiados que se más desvió de los valores óptimos de operación, en mayor cantidad de puntos de medición, sin embargo este parámetro no esta regulado nacionalmente, y su efecto negativo sobre las instalaciones de la Universidad no es determinante. Se corroboró el descenso del factor de potencia en horas nocturnas, teniendo esto como explicación la presencia continua de cargas altamente inductivas pertenecientes a equipos de refrigeración y aire acondicionado. 84 85 El Edificio donde se registraron mayores problemas de Calidad del Servicio Eléctrico es el de Ciencias Básicas II, en el cual se presentaron niveles alarmantes del THDv y una deformación de la onda de tensión de manera continua. Durante las mediciones no se registraron valores que violaran los límites establecidos en los siguientes parámetros: Desequilibrio de ondas de tensión, sweell, transitorios, Sobrevoltaje, Subtensión, Notches y Flicker. Se evidenció la necesidad y utilidad de los registros continuos de distorsiones en la onda de tensión, tal y como se realizó al final de la campaña de medición en las instalaciones de Energética, en la cual durante de 24 horas se registraron 4 distorsiones de la onda mayor al 10%, entrando una de ellas en la clasificación de Sags. Se verificó la eficiencia de las luminarias de nueva tecnología instaladas en la planta baja de la biblioteca. Esta eficiencia se reflejó en aspectos tales como un mayor factor de potencia (≈1), menor consumo de potencia activa y reducción considerable del THDi, pasando de un THDi = 28% a un THDi = 6%. CAPÍTULO 11 9.- RECOMENDACIONES La recomendación principal que deriva del trabajo expuesto es darle un seguimiento al presente estudio, cambiando ciertos factores que de una u otra forma afectaron un análisis más completo y eficiente. Para lo cual se aconseja: Realizar análisis en puntos individuales de medición, lo cual permitirá ahondar en los problemas específicos del mismo y plantear soluciones dirigidas de manera óptima a las instalaciones en cuestión. Extender las campañas de medición a períodos superiores a 7 días continuos, lo cual permitirá el registro de efectos transitorios que escapan a mediciones de corto tiempo, y crear un perfil de tensión y carga en una jornada cíclica de trabajo. Revisión por parte de las empresas fabricantes del óptimo funcionamiento de los equipos de medición disponibles, así como facilitar la capacitación al usuario en el uso de los mismos. El estudio de las multas económicas en caso de violaciones extremas de los parámetros eléctricos en estudio es un punto importante a tomar en cuenta en próximas evaluaciones, para lo cual se deberán seguir los estrictos mecanismos y protocolos de medición referidos en la ley. Sin embargo se recomienda centrar los esfuerzos en mejorar los parámetros de los cuales la Universidad sea responsable y pueda manejar, tales como puesta a tierra, cargas con alto contenido de consumo armónico y redistribución de las mismas. Ahondar el análisis realizado al edificio Ciencias Básicas II debido a los múltiples parámetros que se encontraron fuera de los límites. 86 87 Fomentar la creación de una oficina encargada de recibir reclamos y sugerencias en torno a la calidad del servicio eléctrico, así como de coordinar los esfuerzos en función de mejorar los aspectos en reclamo o redirigir estos de manera formal a la compañía distribuidora. Esto surge de la imposibilidad de monitoreo continuo de los parámetros eléctricos en la totalidad de las instalaciones en estudio, además de brindarle la posibilidad al usuario de emitir sus opiniones o reclamos, siendo este el principal afectado. Aprovechar los registros realizados para determinar las instalaciones en las que el desbalance de carga sea mayor y nivelarlo, lo cual es una acción que no requiere inversiones de dinero para su ejecución y conllevaría a una disminución de corrientes circulando por los neutros de las instalaciones. Se recomienda seguir con el programa de cambio de luminarias orientado a los edificios que contengan mayor contenido armónico, ya que se comprobó la disminución de este por parte de las nuevas luminarias, consiguiendo con ello evitar el uso de filtros armónicos en las instalaciones, además de los beneficios propios que conlleva el cambio de las luminarias, como reducción del consumo, la demanda y por ende de la facturación. La precaución que se debe seguir es no controlar el encendido y apagado de las nuevas luminarias desde tableros que concentren grandes cantidades de ellas debido a la gran corriente de arranque que consumen. BIBLIOGRAFÍA [1] URDANETA, MARCO ANTONIO “Ingeniería de detalle en la adecuación de la red de media tensión de la USB para la compra en alta tensión” Informe Final de Pasantía, Octubre 2004. [2] PULIDO, OSCAR ALEXANDER “Levantamiento y estudio de la red de distribución de energía eléctrica en la U.S.B.” Informe Final de Pasantía, Noviembre 2002. [3] CAVEINEL “Electricidad en Venezuela: Evolución y Situación Actual” Comunicado Junio 2003. [4] CAVEINEL “Sector Eléctrico Venezolano” Comunicado 2001. [5] PRESIDENCIA DE LA REPÚBLICA “Exposición de Motivos del Decreto con Rango y Fuerza de Ley del Servicio Eléctrico” Gaceta Oficial de La República de Venezuela Nº 36.791. Caracas, martes 21/09/1999. 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