Transcript CIDEL 2006 - Trabajo 5.4.14

Congreso Internacional de Distribución Eléctrica
CIDEL Argentina 2010
DESBALANCES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN.
EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE LOS MÉTODOS
EXISTENTES PARA SU DETERMINACIÓN
Autores
Pedro E. Issouribehere
Juan C. Barbero
Fernando Issouribehere
Presentador
Pedro E. Issouribehere
IITREE-FI UNLP
Introducción
El desbalance de un sistema eléctrico trifásico es una condición en la que
las ternas de tensiones y/o de corrientes presentan diferencias en el módulo
y/o desplazamientos entre las fases distintos de 120 grados eléctricos.
La experiencia en mediciones de Calidad de Servicio con equipos del
mercado muestra que los fabricantes han utilizando diversos algoritmos de
cálculo del desbalance, basados en distintas definiciones.
Se comparan resultados con distintas definiciones del factor de
desbalance, empleando registros temporales de tensiones y corrientes
trifásicas obtenidos en plantas industriales.
Este estudio reveló que el desempeño de instrumentos de medición de
calidad de suministro y de protecciones que miden el factor de desbalance
mediante alguno de estos algoritmos podría resultar objetable.
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Definición de desbalance según IEC 61000-4-30
La Norma IEC 61000-4-30 establece que el desbalance se mide como la relación entre
la componente de secuencia inversa y la componente de secuencia directa
UC
U B

U A
U B
UC



U A
U A0
 U B0
K

U
 UC0
4
2


j 
j  
1 
U   U A  U B e 3  U C e 3 
3





U
U



U
U0

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

1 

U 0  U A  U B  U C 
3


UC
UB
2
4


j 
j  
1 
U   U A  U B e 3  U C e 3 
3


UA
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Definición de desbalance según IEEE
IEEE
Diferentes definiciones del desbalance en diferentes documentos del IEEE.
[1] IEEE 1993. IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for
Industrial Plants. (Red Book) ANSI-IEEE Std. 141, 1993
[2] IEEE 1995. IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality.
IEEE Std. 1159. June, 1995.
[3] IEEE-1987. IEEE guide for self-commutated converters. ANSI/IEEE Std 9361987.
[4] IEEE-2000. The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms. Seventh
Edition. ANSI/IEEE Std 100-2000.
[5] IEEE 2004. IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and
Generators. IEEE Std. 112 (Revision of the IEEE Std. 112-1996).
Esto, sumado a las diferencias de interpretación de distintos autores, ha dado
lugar a manifiestas controversias en cuanto a la medición del desbalance.
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Definición de desbalance según IEEE
IEEE
En diferentes documentos del IEEE se encuentran las siguientes definiciones:

a)
b)
c)
K  100 
K
K
U

U
3  Umax  Umin 
U1, U 2 y U3
100
U1  U 2  U 3
Max  U1  U med , U 2  U med , U 3  U med
U med
 100
tensiones de fase
o de línea
Las definiciones b) y c) se aplican indistintamente a tensiones de fase y a
tensiones de línea, para determinar desbalances de tensiones de fase.
El IEEE nunca dice que deben usarse exclusivamente tensiones de fase ó
tensiones de línea.
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Definición de desbalance según NEMA-ANSI
NEMA - ANSI
National Electrical Manufacturers Association (USA) [1] y American National
Standard Institute [2] adoptan la definición c) del IEEE, con la misma ambigüedad
en cuanto al empleo de tensiones de fase o de línea.
c)
K
Max  U1  U med , U 2  U med , U 3  U med
U med
 100
U1, U2 y U3
tensiones de fase
o de línea
[1] NEMA 2003. Motors and Generators. National Electrical Manufacturers
Association of USA. Standard MG1, Section 14.36.2.
[2] ANSI-NEMA 1995. Electric Power Systems and Equipment – Voltage Ratings
(60 Hz). ANSI C84.1 – 1995.
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Definición de desbalance según CENELEC
CENELEC
Comité Européen de Normalisation Electrotechnique adoptó la siguiente expresión:
d)
K  100
1  3  6
1  3  6

4
4
4
U AB
 U BC
 U CA
U
2
AB
U
2
BC
U

2 2
CA
Siendo UAB, UBC y UCA los módulos de las tensiones de línea
Notas:
1) Esta expresión es exacta y se deriva de a).
2) Se emplean los módulos de las tensiones de línea para obtener el desbalance de
la terna de tensiones de fase según la definición las componentes de secuencia.
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Otras definiciones de desbalance
Otras Definiciones
Pueden encontrarse otras expresiones para determinar el factor de desbalance.
Por ejemplo, la publicada por Pillay-Hofmann-Manyage:
e)
K  82
2
2
2
U

U

U
 ABM BCM CAM 
1
U AB  U BC  U CA 
3
UAB, UBC y UCA módulos de las tensiones de línea
UABM, UBCM y UCAM diferencia entre los módulos de las tensiones de línea y su
valor medio
Nota:
Se debe emplear con los módulos de las tensiones de línea para obtener el
desbalance de la terna de tensiones de fase.
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Verificación Experimental: Caso 1
Horno de Arco Eléctrico: Tensiones
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Verificación Experimental: Caso 1
Horno de Arco Eléctrico: Corrientes
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Verificación Experimental: Caso 1
Horno de Arco Eléctrico
 Los niveles de desbalance de las tensiones son bajos y aún así los
resultados obtenidos con las expresiones del IEEE pueden diferir
del valor real.
 Como los niveles de desbalance en la corriente son muy elevados
las expresiones de IEEE y Pillay-Hofmann-Manyage pueden
arrojar resultados erróneos.
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Verificación Experimental: Caso 2
Variador de velocidad: Tensiones
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Verificación Experimental: Caso 2
Variador de velocidad: Corrientes
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Verificación Experimental: Caso 2
Variador de velocidad
 En los registros de tensiones hay una importante componente
homopolar, llegando a ser mayor que la de secuencia inversa.
 Los métodos que no basados en las componentes de secuencia
resultarán muy afectados, excepto que se utilicen las tensiones
de línea en las cuales el modo común resulta suprimido.
 Las expresiones del IEEE que emplean tensiones de línea
describen muy bien el desbalance de las tensiones de fase.
 En el caso de las corrientes, la característica de la carga impone
que la componente homopolar sea nula, pero la componente de
secuencia inversa es significativa. Esto hace que algunas
expresiones del IEEE den resultados erróneos.
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CONCLUSIONES
 El método de las componentes simétricas requiere medir la terna
en módulo y fase. Por eso se puso tanto esfuerzo en obtener
expresiones alternativas.
 La definición del factor de desbalance mediante las componentes
de secuencia puede ser aplicada tanto para tensiones (de fase y
de línea) como para corrientes.
 Los resultados obtenidos con distintas expresiones alternativas
fueron estudiados a fondo a partir de mediciones trifásicas reales.
 Se encontraron situaciones bajo condiciones de operación normal
de hornos de arco y de variadores de velocidad en las que las
expresiones alternativas pueden arrojar valores bastante alejados
de los reales.
 Las diferencias encontradas sugieren ser muy cuidadosos al
tratar con protecciones o mediciones obtenidas con registradores
que utilicen alguna de esas expresiones alternativas.
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