MANUAL DE USO
ANALIZADOR DE LA CALIDAD
DE ENERGÍA ELÉCTRICA
PQM-700
SONEL S.A.
Wokulskiego 11
58-100 Świdnica
Polonia
Versión 1.15.8 30.06.2023
Debido al constante desarrollo de los productos, el fabricante se reserva el derecho de hacer
cambios en las funcionalidades, el uso y los datos técnicos. Este manual de uso describe los
analizadores en la versión del firmware 1.15 y el software Sonel Analysis en la versión 4.4.8.
3
ÍNDICE
1 Información general ....................................................................................6
1.1 Seguridad ............................................................................................................ 6
1.2 Característica general ......................................................................................... 7
1.3 Alimentación del analizador ................................................................................ 9
1.4 Estanqueidad y funcionamiento en condiciones exteriores ................................. 9
1.5 Montaje en el carril DIN ..................................................................................... 10
1.6 Parámetros medidos ......................................................................................... 11
1.7 Conformidad con las normas ............................................................................ 13
2 Funcionamiento del analizador .............................................................. 14
2.1 Botones ............................................................................................................. 14
2.2 Luces indicadoras ............................................................................................. 14
2.3 Encendido y apagado ....................................................................................... 15
2.4 Función del apagado automático ...................................................................... 15
2.5 Conexión con PC y transmisión de datos ......................................................... 15
2.6 Indicación de una conexión errónea ................................................................. 16
2.7 Advertencia de una tensión o corriente demasiado alta .................................... 17
2.8 Realización de mediciones................................................................................ 17
2.8.1 Inicio y detención del registro .................................................................................... 17
2.8.2 Tiempos de registro aproximados ............................................................................. 17
2.9 Sistemas de medición ....................................................................................... 18
2.10 Corriente de arranque ....................................................................................... 23
2.11 Bloqueo de botones .......................................................................................... 23
2.12 Modo de espera ................................................................................................ 23
2.13 Actualización de firmware ................................................................................. 24
2.13.1 Actualización automática .......................................................................................... 24
2.13.2 Actualización manual ................................................................................................ 24
3 Programa "Sonel Analysis" .................................................................... 25
4 Estructura y métodos de medición ........................................................ 26
4.1 Entradas de tensión .......................................................................................... 26
4.2 Entradas de corriente ........................................................................................ 26
4.2.1 Integrador digital ....................................................................................................... 26
4.3 Muestreo de la señal ......................................................................................... 27
4.4 Sincronización PLL ........................................................................................... 28
4.5 Medición de frecuencia ..................................................................................... 28
4.6 Método de medición de los componentes armónicos ....................................... 29
4.7 Detección de eventos ........................................................................................ 30
5 Fórmulas de cálculo ................................................................................ 32
5.1 Red monofásica ................................................................................................ 32
5.2 Red bifásica ...................................................................................................... 35
5.3 Red trifásica tipo estrella con N ......................................................................... 37
5.4 Red trifásica tipo estrella y triángulo sin N ........................................................ 40
5.5 Métodos para promediar los parámetros .......................................................... 42
4
6 Calidad de alimentación - manual .......................................................... 43
6.1 Información básica ............................................................................................ 43
6.2 Medición de corriente ........................................................................................ 44
6.2.1 Pinzas rígidas (CT) para medir las corrientes alternas (AC) ...................................... 44
6.2.2 Pinzas para medir las corrientes alternas y continuas (AC/DC)................................. 44
6.2.3 Pinzas flexibles ......................................................................................................... 45
6.3 Parpadeo de luz (Flicker) .................................................................................. 46
6.4 Medición de potencia ........................................................................................ 46
6.4.1 Potencia activa ......................................................................................................... 47
6.4.2 Potencia reactiva ...................................................................................................... 47
6.4.3 Potencia reactiva y los sistemas de 3 conductores ................................................... 50
6.4.4 Potencia reactiva y contadores de energía reactiva .................................................. 51
6.4.5 Contadores de energía reactiva de 4 cuadrantes ...................................................... 52
6.4.6 Potencia aparente ..................................................................................................... 53
6.4.7 Potencias de distorsión DB y la potencia eficaz aparente de la distorsión SeN ........... 55
6.4.8 Factor de potencia .................................................................................................... 55
6.5 Armónicos ......................................................................................................... 56
6.5.1 Característica de los armónicos en sistemas trifásicos ............................................. 57
6.5.2 Factor THD ............................................................................................................... 58
6.5.3 Distorsión en demanda TDD ..................................................................................... 59
6.6 Desequilibrio ..................................................................................................... 60
6.7 Huecos, subidas e interrupciones de tensión u ................................................. 61
6.8 Curvas CBEMA y ANSI ..................................................................................... 63
6.9 Cálculo de la media de los resultados de las mediciones ................................. 64
7 Datos técnicos .......................................................................................... 66
7.1 Entradas ............................................................................................................ 66
7.2 Muestreo y reloj RTC ........................................................................................ 67
7.3 Parámetros medidos: precisión, resolución y rango .......................................... 67
7.3.1 Condiciones de referencia ........................................................................................ 67
7.3.2 Tensión ..................................................................................................................... 68
7.3.3 Corriente ................................................................................................................... 68
7.3.4 Frecuencia ................................................................................................................ 69
7.3.5 Armónicos ................................................................................................................ 69
7.3.6 Potencia y energía .................................................................................................... 69
7.3.7 Estimación de incertidumbre de medición de potencia y energía .............................. 70
7.3.8 Parpadeo de luz ....................................................................................................... 71
7.3.9 Desequilibrio ............................................................................................................. 72
7.4 Detección de eventos: valores eficaces de tensión y corriente ......................... 72
7.5 Detección de eventos: otros parámetros ........................................................... 72
7.5.1 Histéresis de detección de eventos ........................................................................... 73
7.6 Medición de corriente de arranque .................................................................... 73
7.7 Registro ............................................................................................................. 73
7.8 Alimentación de la red, batería y calentador ..................................................... 74
7.9 Redes compatibles ............................................................................................ 75
7.10 Pinzas de corriente compatibles ....................................................................... 75
7.11 Comunicación ................................................................................................... 75
7.12 Condiciones ambientales y otros datos técnicos............................................... 76
7.13 Seguridad y compatibilidad electromagnética ................................................... 76
7.14 Estándares ........................................................................................................ 76
8 Accessorios adicionales ......................................................................... 77
9 Más información ....................................................................................... 78
5
9.1 Limpieza y mantenimiento................................................................................. 78
9.2 Almacenamiento ............................................................................................... 78
9.3 Desmontaje y utilización ................................................................................... 78
9.4 Fabricante ......................................................................................................... 78
1 Información general
6
1 Información general
Los siguientes símbolos internacionales se utilizan en el analizador y en este manual:
Advertencia;
Véase la
explicación en el
manual
Toma de tierra
Corriente/Tensión
alterna
Corriente/Tensión
continua
Doble aislamiento
(clase de protección)
Declaración de
conformidad con las
directivas de la Unión
Europea (Conformité
Européenne)
No eliminar junto
con otros residuos
urbanos
Información relativa al
reciclaje
Conformidad con las
normas australianas
1.1 Seguridad
¡Advertencia!
Para asegurar el servicio seguro y la exactitud de los resultados obtenidos se
debe evitar la descarga eléctrica o incendio, así como seguir estas
recomendaciones:
Antes de empezar la utilización del analizador es necesario familiarizarse detalladamente
con el presente manual y cumplir con las normas de seguridad y las recomendaciones
del fabricante.
Un uso del analizador distinto del especificado en este manual puede dañar el
dispositivo y ser fuente de grave peligro para el usuario.
Analizadores pueden ser utilizados solamente por el personal cualificado que esté
facultado para realizar trabajos con las instalaciones eléctricas. El uso del dispositivo
por personas no autorizadas puede causar su deterioro y ser fuente de grave peligro
para el usuario.
Se prohíbe utilizar el dispositivo en redes y equipos donde haya condiciones especiales,
por ejemplo, donde exista el riesgo de explosión e incendio.
Antes de iniciar el trabajo, se debe comprobar si el analizador, conductores, sondas de
corriente y otros accesorios están libres de daños mecánicos. Prestar especial atención
a las conexiones.
Se prohíbe utilizar:
el dispositivo deteriorado y que no funciona total o parcialmente,
los cables con el aislamiento dañado,
aparato y accesorios dañadas mecánicamente.
Se prohíbe alimentar el dispositivo con otras fuentes de energía que las mencionadas
en este manual.
No conectar las entradas del analizador a voltajes más altos que los valores nominales.
Utilizar accesorios y sondas de medición con los parámetros nominales adecuados y la
categoría de medición apropiada para el circuito examinado.
No exceder los parámetros nominales de la categoría de medición más baja (CAT) del
equipo de medición utilizado que se compone del analizador, sondas y accesorios. La
categoría de medición de todo el equipo es la mismo que el componente con la categoría
de medición más baja.
Si es posible, se debe conectar el analizador a los circuitos con la alimentación apagada.
PQM-700 Manual de uso
7
La apertura de las tapas de enchufes del dispositivo causa la pérdida de estanqueidad,
lo que en caso de condiciones meteorológicas desfavorables puede causar el deterioro
del instrumento, así como exposición o poner al usuario en peligro de choque eléctrico.
No trasladar el analizador sujetándolo por los cables.
No desenroscar las tuercas de los prensaestopas con cables porque están pegadas. El
desenroscamiento hace que se pierda la garantía.
Las reparaciones pueden ser realizadas sólo por el servicio autorizado.
El analizador está equipado con una batería interna de Li-Ion que ha sido probada por un
laboratorio independiente y tiene el certificado de ensayos de compatibilidad de parámetros con la
norma 38.3 - "Recomendaciones de la ONU para el transporte de mercancías peligrosas. Manual
de Pruebas y Criterios", quinta edición publicada por las Naciones Unidas (ST/SG/AC.10/11/Rev.5).
Por lo tanto, el analizador está aprobado para el transporte aéreo, marítimo y por carretera.
1.2 Característica general
El analizador de calidad eléctrica PQM-700 (Fig. 1) es un producto de alta tecnología que
permite la medición universal, el análisis y el registro de los parámetros de las redes eléctricas de
50/60 Hz y la calidad de la energía eléctrica de acuerdo con la normativa europea EN 50160. El
analizador cumple plenamente con los requisitos de la norma IEC 61000-4-30 clase S.
El analizador está equipado con 4 cables con enchufe tipo banana marcados como L1, L2, L3,
N. El rango de tensiones medidas por los cuatro canales de medición es como máximo de ± 1150
V. Este rango se puede aumentar utilizando los transformadores adicionales externos de tensión.
Fig. 1. Analizador de calidad de energía eléctrica PQM-700. Vista general.
La corriente se mide mediante cuatro entradas de corriente introducidas en los cables cortos
terminados con enchufes para pinzas. A ellos se pueden conectar las pinzas flexibles F-1(A), F-
1 Información general
8
2(A)(HD), F-3(A)(HD) con el rango nominal de 3000 A (que sólo se diferencian por el diámetro de
la bobina) y las pinzas rígidas C-4 (rango de 1000 A AC), C-5A (rango de 1000 A AC/DC), C-6(A)
(rango de 10 A AC) y C-7(A) (rango de 100 A AC). Además, en caso de las corrientes, el rango
nominal se puede cambiar mediante los transformadores adicionales, por ejemplo usando el
transformador 1000:5 con la pinza C-6(A) se puede medir la corriente hasta 1000 A.
El dispositivo tiene una tarjeta de memoria extraíble estándar de 2 GB. Los datos de la tarjeta
se pueden leer utilizando la conexión USB o el lector externo.
Nota
La tarjeta SD sólo debe ser extraída cuando el analizador está apagado. La extracción
de la tarjeta durante el uso del analizador puede causar la pérdida de datos
importantes.
Fig. 2. La parte trasera del analizador PQM-700.
Los parámetros registrados se dividen en grupos que se pueden incluir o excluir del registro de
forma independiente, lo que permite el uso racional de espacio en la tarjeta de memoria. Los
parámetros no registrados no ocupan espacio por lo que se prolonga bastante el tiempo de registro
de otros parámetros.
El analizador PQM-700 dispone de una fuente de alimentación interna con un amplio rango de
tensiones de entrada 100...415 V AC (140...415 V DC) con los conectores tipo banana
independientes.
Una característica importante es su posibilidad de trabajo en condiciones atmosféricas
desfavorables, el analizador se puede instalar directamente en los postes eléctricos. Asegura la
estanqueidad de clase IP65 y el rango de temperatura de trabajo es -20 °C...+55 °C.
Lugares para atornillar: conectores a las abrazaderas
de postes o enganches de estabilización del carril DIN
Lugar para atornillar el
enganche en el carril DIN
PQM-700 Manual de uso
9
La batería interna de iones de litio asegura el funcionamiento ininterrumpido en caso de pérdida
de tensión de alimentación.
La interfaz de usuario ofrecen 5 diodos LED y 2 botones.
El elemento que muestra todas las posibilidades del dispositivo es el software de PC "Sonel
Analysis".
La comunicación con el ordenador es posible con una conexión USB que asegura la velocidad
de transmisión de hasta 921,6 kbit/s.
1.3 Alimentación del analizador
El analizador tiene una fuente de alimentación incorporada con el rango de tensiones
nominales de 100...415 V AC o 140...415 V DC. La fuente de alimentación tiene los cables
independientes (en color rojo) marcados con la letra P (de la palabra inglesa power - energía). Para
evitar que el alimentador se dañe si se intenta alimentarlo con una tensión por debajo del rango
especificado, se desactiva con las tensiones de entrada por debajo de unos 80 V AC (aprox. 110
V DC).
Para mantener la alimentación durante los cortes de energía sirve la batería interna. La batería
se carga cuando existe tensión en los terminales del alimentador de la red. La batería mantiene la
alimentación hasta 6 h a la temperatura entre -20°C...+55°C. Cuando la batería se agota, el medidor
detiene el trabajo en curso (p.ej. registro) y se apaga de emergencia. Cuando vuelve la
alimentación, el analizador sigue con el trabajo que ha sido interrumpida.
1.4 Estanqueidad y funcionamiento en condiciones exteriores
El analizador PQM-700 está diseñado para trabajar en condiciones atmosféricas
desfavorables, puede ser instalado directamente en los postes eléctricos. Para su instalación hay
dos abrazaderas con hebillas y dos conectores de plástico. Los conectores se atornillan a la parte
trasera de la carcasa y por los huecos se deben pasar las abrazaderas.
Fig. 3. Conectores y abrazaderas para el montaje del analizador en el poste.
Nota
La batería puede cambiarse solamente en el servicio autorizado.
1 Información general
10
El analizador asegura la estanqueidad de clase IP65 y el rango de temperatura de trabajo es de
-20°C...+55°C.
A la temperatura ambiente inferior a 0C y si la temperatura interna también está por debajo de
este umbral, se enciende el calentamiento del dispositivo con un calentador interno cuyo objetivo
es mantener dentro la temperatura positiva en el rango de temperatura ambiente de -20C…0C.
El calentador se alimenta de la fuente de red incorporada y su potencia se limita a unos 5 W.
Debido a la batería de iones de litio incorporada, su carga se bloquea cuando la temperatura
de la batería está fuera del rango de -10C…60C (el estado de carga en el programa Sonel
Analysis se muestra como "carga suspendida").
1.5 Montaje en el carril DIN
En el conjunto está suministrado un enganche para montar el analizador en el carril DIN
estándar. El enganche se atornilla a la parte trasera del analizador utilizando los tornillos
suministrados. En el conjunto también se suministran los enganches de posicionamiento (excepto
los enganches para montar el analizador en el poste) que deben ser instalados con el fin de
aumentar la estabilidad de la fijación. Los enganches tienen unos ganchos especiales que se
sujetan en el carril DIN.
Fig. 4. La parte trasera del analizador con los elementos de montaje en el carril DIN.
Nota
Para asegurar la clase de estanqueidad IP65 declarada es necesario
cumplir con las siguientes normas:
Estancar los tapones del puerto USB y de la tarjeta microSD,
Estancar los enchufes hembras de pinzas no utilizados con tapones de
silicona.
PQM-700 Manual de uso
11
1.6 Parámetros medidos
El analizador PQM-700 permite medir y registrar los siguientes parámetros:
tensiones eficaces de fase y entre fases en el rango hasta 760 V (pico 1150 V),
corrientes eficaces:
hasta 3000 A (pico 10 kA) utilizando las pinzas flexibles (F-1(A), F-2(A)(HD), F-3(A)(HD)),
hasta 1000 A (pico 3600 A) utilizando las pinza rígida C-4(A) o C-5A,
hasta 10 A (pico 36 A) con la pinza C-6(A),
hasta 100 A (pico 360 A) con la pinza C-7(A),
factores de cresta de corriente y tensión,
frecuencia de red en el rango de 40...70 Hz,
potencias y energías activas, reactivas, aparentes, potencia de distorsión,
componentes armónicas de tensiones y corrientes (hasta 40ª),
factor de distorsión armónica THDF y THDR para corriente y tensión,
factor de potencia, cosφ, tanφ,
factores de desequilibrio de redes trifásicas y componentes simétricas,
indicadores de parpadeo de luz Pst y Plt,
corriente de arranque hasta 60 s.
Los parámetros escogidos se agregan (promedian) según el tiempo elegido por el usuario y
pueden ser guardados en la tarjeta de memoria. Además del valor medio se puede registrar el valor
mínimo y máximo durante el intervalo de promediación y el valor instantáneo durante el registro de
datos.
El bloque de detección de eventos también está desarrollado. Los eventos típicos en la norma
EN 50160 son: hueco (es decir, disminución del valor eficaz de tensión por debajo del 90% del
valor nominal de tensión), crecimiento (aumento por encima del 110% del valor nominal) e
interrupción (bajada de tensión por debajo del umbral del 5% del valor nominal). El usuario no
necesita introducir por si mismo los ajustes definidos en la norma EN 50160, el programa permite
la configuración automática del instrumento en modo de medición de calidad de energía de acuerdo
con la norma EN 50160. El usuario puede utilizar la configuración propia, el programa ofrece toda
la flexibilidad en este campo. La tensión es sólo uno de muchos parámetros, para los cuales se
pueden definir los umbrales de detección de eventos. Por ejemplo, es posible configurar el
analizador para que detecte la bajada del factor de potencia por debajo del umbral definido, también
puede detectar cuando THD excede otro umbral, así como el noveno armónico de tensión excede
la tensión del valor porcentual fijado por el usuario. El evento se guarda junto con el tiempo en el
que apareció. En caso de eventos que exceden los umbrales de hueco, interrupción o crecimiento,
y en caso de superar el valor mínimo y máximo para corrientes, se puede completar la información
sobre la aparición del evento con una forma de onda de tensiones y corrientes. Se pueden guardar
2 períodos antes y 4 después del evento.
Las amplias posibilidades de configuración y la multitud de parámetros medidos hacen que el
analizador PQM-700 sea un dispositivo extraordinariamente útil y poderoso para medir y analizar
todo tipo de redes de alimentación y alteraciones que aparecen en ellas. Algunas de las
características únicas de este dispositivo lo distinguen entre otros analizadores de este tipo
disponibles en el mercado.
En la se presenta una especificación sumaria de los parámetros medidos por el analizador
PQM-700 dependiendo del tipo de red.
1 Información general
12
Tabla 1. Los parámetros medidos para varias configuraciones de la red.
Tipo de red,
canal
Parámetro
1-f
2-f
3-f estrella con N
3-f triángulo
3-f estrella sin N
L1
N
L1
L2
N
Ʃ
L1
L2
L3
N
Ʃ
L12
L23
L31
Ʃ
U
Tensión eficaz
UDC
Componente constante
de tensión
I
Corriente eficaz
IDC
Componente constante
de corriente
f
Frecuencia
CF U
Factor de pico de
tensión
CF I
Factor de pico de
corriente
P
Potencia activa
Q1, QB
Potencia reactiva
(1)
D, SN
Potencia de distorsión
S
Potencia aparente
PF
Factor de potencia
cosφ
Factor de
desplazamiento de fase
tanφC-,
tanφL+
tanφL-,
tanφC+
Factor de tangente φ
(4 cuadrantes)
(1)
THD U
Factor de contenidos
armónicas de tensión
THD I
Factor de contenidos
armónicas de corriente
EP+, EP-
Energía activa
(consumida y devuelta)
EQC-, EQL+
EQL-, EQC+
Energía reactiva (de
cuatro cuadrantes)
(1)
ES
Energía aparente
Uh1..Uh40
Amplitudes de
armónicos de tensión
Ih1..Ih40
Amplitudes de
armónicos de corriente
Asimetría
U, I
Componentes
simétricas y factores de
asimetría
Pst, Plt
Indicadores de
parpadeo de luz
Notas: L1, L2, L3 (L12, L23, L31) significan las siguientes fases,
N significa la medición para el canal de corriente IN dependiendo del tipo de parámetro,
Ʃ significa el valor total del sistema.
(1) En las redes de 3 conductores, como la potencia reactiva total se calcula la
potencia inactiva (ver el debate sobre la potencia reactiva en el sección 6.4)
PQM-700 Manual de uso
13
1.7 Conformidad con las normas
El analizador PQM-700 está diseñado para cumplir con los requisitos de las siguientes normas.
Normas de medición de los parámetros de la red:
IEC 61000-4-30:2011 - Compatibilidad electromagnética (EMC) - Técnicas de ensayo y de
medida - Métodos de medida de la calidad de energía,
IEC 61000-4-7:2007 – Compatibilidad electromagnética (EMC) - Técnicas de ensayo y de
medida - Manual general de mediciones de armónicos e interarmónicos, así como de los
instrumentos de medición aplicados para las redes de alimentación y los dispositivos
conectados a estas redes,
IEC 61000-4-15:2011 – Compatibilidad electromagnética (EMC) - Técnicas de ensayo y de
medida- Medidor de parpadeo de luz - Especificaciones funcionales y de diseño,
EN 50160:2010 – Parámetros de la tensión suministrada por las redes generales de
distribución.
Normas de seguridad:
IEC 61010-1 – Requisitos de seguridad de equipos eléctricos de medida, control y uso en
laboratorio. Parte 1: Requisitos generales
Normas de compatibilidad electromagnética:
IEC 61326 – Equipos eléctricos para medida, control y uso en laboratorio. Requisitos de
compatibilidad electromagnética (EMC):
El dispositivo cumple en su totalidad con los requisitos de la clase S según la norma IEC 61000-
4-30. Los datos se resumen en la tabla presentada a continuación.
Tabla 2. Resumen del cumplimiento con las normas de los parámetros seleccionados
Agregación de mediciones en
intervalos de tiempo
IEC 61000-4-30 Clase S:
El tiempo básico de medición de parámetros (tensión, corriente,
armónicos, asimetría) es el intervalo de 10 ciclos para el sistema de
alimentación de 50 Hz y de 12 ciclos para el sistema de 60 Hz,
Intervalo de 3 s (150 ciclos para la frecuencia nominal de 50 Hz y 180
ciclos para 60 Hz),
Intervalo de 10 minutos.
Incertidumbre del tiempo de
reloj
IEC 61000-4-30 Clase S:
Reloj de tiempo real incorporado y ajustado desde el programa "Sonel
Analysis", sin sincronización GPS y por radio,
Exactitud del reloj superior a ± 0,3 s/día
Frecuencia
Cumple con los requisitos de la norma IEC 61000-4-30 Clase S para el
método y la incertidumbre de medición
Valor de la tensión de
alimentación
Cumple con los requisitos de la norma IEC 61000-4-30 Clase S para el
método y la incertidumbre de medición
Fluctuaciones de tensión
(parpadeo de luz)
Método de medición e incertidumbre cumplen con los requisitos de la
norma IEC 61000-4-15
Huecos, sobretensiones e
interrupciones de tensión de
alimentación
Cumplen con los requisitos de la norma IEC 61000-4-30 Clase S para el
método y la incertidumbre de medición
Desequilibrio de tensión de
alimentación
Cumple con los requisitos de la norma IEC 61000-4-30 Clase S para el
método y la incertidumbre de medición
Armónicos de tensión y
corriente
Método e incertidumbre de medición conforme con IEC 61000-4-7 clase I
2 Funcionamiento del analizador
14
2 Funcionamiento del analizador
2.1 Botones
El teclado del analizador se compone de dos botones: ON/OFF y START/STOP
. Para encender el analizador se debe pulsar el botón ON/OFF. El botón START/STOP se utiliza
para iniciar y detener el registro.
2.2 Luces indicadoras
El analizador está equipado con cinco diodos LEDs que indican diferentes estados de trabajo:
ON (verde) – el diodo se ilumina cuando el analizador está encendido. Durante el registro con
el modo de espera activado, el diodo se apaga.
LOG (amarillo) – indica el registro en curso. En modo de espera el diodo se enciende
continuamente. Durante la grabación parpadea. Durante el registro con el modo de espera
activado, se apaga y se enciende brevemente cada 10 segundos.
ERROR (rojo) - el diodo que parpadea indica un problema potencial con la conexión a la red
examinada o la incompatibilidad de la configuración activa con los parámetros de la red. Los
criterios de control se muestran en la sección 2.6. La luz constante indica uno de los posibles
errores internos del analizador (véase también la descripción a continuación de los estados
adicionales).
MEM (rojo) - la luz indica que o se pueden registrar los datos en la tarjeta de memoria. El
diodo MEM se ilumina de forma continua después de llenar todo el espacio en la tarjeta de
memoria. Véase también la siguiente descripción de estados adicionales.
BATT (rojo) - estado de la batería. El parpadeo indica que la batería está baja (capacidad de
20% o menos). Cuando la batería está completamente descargada, el diodo ilumina durante
5 segundos (le acompaña una señal sonora) y después el analizador se apaga de emergencia.
Estados adicionales indicados por los diodos:
La iluminación continua de diodos MEM y ERROR – no hay ninguna tarjeta de memoria, la
tarjeta está dañada o no formateada. Si los diodos se encienden al insertar la tarjeta de
memoria en la ranura, hay dos escenarios posibles:
o la tarjeta está dañada o incompatible con el analizador. En este caso no hay ninguna
posibilidad de seguir trabajando con el analizador. El botón START no está
activo.
o la tarjeta está formateada (faltan archivos requeridos por el analizador o archivos están
dañados) - en este caso se puede pulsar el botón START (está activo), lo que
iniciará a formatear la tarjeta (NOTA: se borrarán todos los datos de la tarjeta). Si este
proceso tiene éxito, los diodos MEM y ERROR se apagarán y el analizador estará listo
para seguir trabajando.
Diodo intermitente ON – en la tarjeta de memoria se ha detectado el archivo FIRMWARE.PQF
con el archivo correcto de actualización de firmware del analizador. El usuario puede pulsar
el botón START para comenzar el proceso de actualización. Durante la actualización
parpadean simultáneamente los diodos ON y MEM. Después de este proceso, el medidor se
reinicia. La actualización del firmware se puede saltar presionando el botón ON/OFF o
esperando 10 segundos.
PQM-700 Manual de uso
15
2.3 Encendido y apagado
El analizador se enciende pulsando el botón . Se enciende el diodo verde ON. A
continuación, el analizador realiza un auto-test y en caso de detectar errores internos se
enciende el diodo ERROR, acompañado con una señal acústica larga (de 3 segundos), las
mediciones se bloquean. Después de la auto-prueba, el medidor comienza comprobar sin la
conexión es correcta, si se detecta un error, parpadea cada 0,5 s el diodo ERROR, lo que no
bloquea la posibilidad de nuevas medidas, sólo indica la incompatibilidad de la configuración
del analizador con los parámetros de la red conectada.
Si al activar el medidor se detecta la memoria completa, se enciende el diodo MEM, las
mediciones se bloquean, sólo funciona el modo de lectura de los datos actuales.
Si al encender, el medidor no detecta la tarjeta micro SD o detecta que está dañada, se
enciende el diodo ERROR y MEM y las mediciones se bloquean.
Si la prueba de conexión se ha realizado correctamente, al presionar el medidor pasa
al registro de acuerdo con el modo programado en el PC.
El analizador se apaga al mantener pulsado el botón durante 2 segundos, si no está
activado el bloqueo de botones o del registro.
2.4 Función del apagado automático
Si el aparato durante al menos 30 minutos trabaja con la alimentación de la batería (sin
alimentación de red) y no está en el modo de registro ni está conectado al ordenador, se apaga
automáticamente para que la batería no se descargue.
El analizador se apaga automáticamente cuando la batería está completamente descargada.
Este apagado de emergencia está precedido por la iluminación del diodo BATT durante 5 s y se
lleva a cabo independientemente del modo en el que se encuentra el analizador El registro se
detiene en este caso. Cuando vuelve la tensión de alimentación, el registro se reinicia.
2.5 Conexión con PC y transmisión de datos
Al encender el medidor con el botón el puerto USB está siempre activo.
En el modo de lectura de los datos actuales, la actualización de datos se produce más de una
vez cada 1 segundo en el programa del ordenador.
Durante el registro es posible transmitir los datos ya almacenados en la memoria. Los datos se
leen hasta el inicio de la transmisión.
Durante el registroes posible ver los parámetros de red en el ordenador:
- valores instantáneos de corriente, tensión, todas las potencias, valores sumarios para las
tres fases,
- armónicos y THD,
- asimetría,
- diagramas fasoriales para tensiones y corrientes,
- transcursos de corriente y tensión dibujados en tiempo real.
Nota
De la misma manera (parpadeo de diodos ERROR y MEM) el analizador se
comporta cuando se inserta en el analizador de la nueva tarjeta microSD.
Para formatear la tarjeta y usarla para registrar los datos, pulsar el botón
. El analizador confirmará el inicio de formateo con un triple pitido. El
formateo elimina todos los contenidos actuales de la tarjeta. Si el formato se
ha completado correctamente, los diodos ERROR y MEM se apagarán y el
analizador estará listo para seguir trabajando.
2 Funcionamiento del analizador
16
Durante la conexión con el PC, el botón se bloquea a menos que el analizador trabaje
en el activado modo de bloqueo de botones (p. ej. durante el registro), entonces también está
bloqueado el botón .
Para conectarse con el analizador se debe introducir su código PIN. El código predeterminado
es 000 (tres cifras cero). El código PIN se puede cambiar mediante la aplicación Sonel Analysis.
Si se introduce tres veces el código PIN incorrecto, se bloquea la trasmisión de datos durante
10 minutos. Después de este tiempo es posible introducir de nuevo el código PIN.
Si después de conectar al PC durante 30 segundos no tiene lugar ningún intercambio de datos
entre el analizador y el ordenador, el analizador sale del modo de transmisión de datos y
termina la conexión.
El USB es una interfaz constantemente activa y no hay manera de desactivarla. Para
conectarse con el analizador es necesario conectarse por el cable USB al ordenador (el puerto
USB en el analizador se encuentra en el lado izquierdo y está protegido por una tapa estanca).
Antes en el ordenador se debe instalar el software Sonel Analysis junto con los controladores.
La velocidad de transmisión es de hasta 921,6 kbit/s.
2.6 Indicación de una conexión errónea
Durante el trabajo, el analizador en modo continuo controla los parámetros medidos respecto
al cumplimiento de la configuración actual. Sobre la base de varios criterios enumerados a
continuación, el analizador controla la luz del diodo ERROR. Si el analizador no ha detectado
incompatibilidad, este diodo permanece apagado. Si al menos uno de los criterios indica un posible
problema, el diodo ERROR empieza a parpadear.
Los criterios utilizados por el analizador que detectan el error de conexión son los siguientes:
desviación de la tensión RMS más que ± 15% del valor nominal,
desviación del ángulo de fase de la componente fundamental de tensión más de ±30º respecto
al valor teórico con carga resistiva y equilibrada de la red (ver nota más abajo),
desviación del ángulo de fase de la componente fundamental de corriente más que ±55º
respecto al valor teórico con carga resistiva y equilibrada de la red (ver nota más abajo),
desviación del valor de frecuencia de red más que ± 10% del valor nominal de la frecuencia,
en los sistemas trifásicos de 3 y 4 cables, el analizador también calcula la suma de todas las
corrientes (valores instantáneos) y verifica si el total es cero. Esto ayuda a determinar si todas
las sondas de corriente están conectadas correctamente (es decir, flechas en las sondas de
corriente orientadas hacia la carga). Si la suma actual calculada del valor RMS es superior al
0,3% de Inom, se trata como un error y parpadea el LED ERROR.
Notas
Si mantiene pulsado durante 5 segundos los botones y
causa que se ajuste el código PIN predeterminado (000).
Si durante el registro está activado el bloqueo de botones, entonces
este bloqueo tiene una prioridad mayor (primero hay que desbloquear
de emergencia los botones para reajustar de emergencia el código
PIN). El procedimiento se describe en otra sección.
Nota
La detección de error de fase requiere que la componente fundamental
sea mayor o igual al 5% de la tensión nominal o el 1% del rango de
corriente nominal. Si esta condición no se cumple, no se comprueba la
exactitud de los ángulos.
PQM-700 Manual de uso
17
2.7 Advertencia de una tensión o corriente demasiado alta
Durante el trabajo, el analizador controla de forma continua las tensiones y corrientes
conectados a las entradas de medición. Si la tensión en cualquiera de las fases activas excede un
20% el valor nominal de la tensión (>120% UNOM) establecida en la configuración de medición, se
activa una señal continua de dos tonos. Lo mismo se refiere a las corrientes - se activa una alarma
si la corriente medida en cualquiera de los canales activos exceda un 20% la corriente nominal
(rango de la pinza; >120% INOM). En este caso, hay que comprobar si el voltaje y la corriente en la
red está dentro del rango de tensiones y corrientes permitidas para el analizador, también se puede
comprobar si la configuración del analizador es correcta y cambiarla.
2.8 Realización de mediciones
2.8.1 Inicio y detención del registro
Hay tres modos de iniciar el registro:
inicio inmediato - manualmente pulsando el botón después de configurar el medidor
mediante el PC - se enciende el diodo LOG,
de acuerdo con el tiempo programado en el PC, en este caso la pulsación del botón
no inicia el registro (el medidor espera el primer tiempo y se activa solo). El diodo LOG está
encendido de forma continua en modo de espera, después del inicio el diodo parpadea,
mediante el umbral, después de exceder cualquier umbral de evento establecido en la
configuración, la pulsación del botón cambia el medidor al modo de mediciones
normales, pero el registro de archivos se inicia solamente después de detectar el primer
evento. El diodo LOG está encendido de forma continua en modo de espera, después del
inicio el diodo parpadea.
El medidor puede ser activado por un evento de corriente o tensión que se establece en el
programa en el PC. Los umbrales para activar el registro son los mismos que los umbrales del
registro de eventos.
Final del registro:
El registro se detiene manualmente al mantener pulsado durante un segundo el botón
o a través de la aplicación de PC.
El registro se termina automáticamente en el modo de horario (si se ha establecido el tiempo
de finalización), y en otros casos el usuario debe detenerlo (con el botón o mediante la
aplicación).
El registro se termina automáticamente cuando la tarjeta de memoria está completamente
llena.
Después de terminar el registro, si el medidor no estaba en modo de espera, se apaga el diodo
LOG y el medidor espera las órdenes del operario.
Si el medidor tenía apagados los diodos durante el registro, después de terminar el registro no
está encendido ningún diodo; la pulsación de cualquier botón hace que se encienda el diodo ON.
2.8.2 Tiempos de registro aproximados
El tiempo máximo de registro depende de muchos factores tales como: tamaño de la tarjeta de
memoria, tiempo de promediación, tipo de red, número de parámetros registrados, registro de
oscilogramas, detección de eventos, así como propios umbrales de eventos. Algunas
configuraciones escogidas se presentan en la Tabla 3. En la última columna se muestran los
tiempos de registro aproximados para la tarjeta de memoria de 2 GB. Las configuraciones de
ejemplo incluyen la medición de corriente IN.
2 Funcionamiento del analizador
18
Tabla 3. Tiempos de registro aproximados para varias configuraciones de ejemplo.
Tipo de
configuración/
parámetros
registrados
Tiempo
para el
cálculo de
la media
Tipo de red
(medición de
corrientes
activa)
Eventos
Formas de
onda de
eventos
Formas de
onda
después de
promediar
Tiempo
aproximado de
registro en
caso de 2 GB
de espacio
asignado
según EN 50160
10 min
3-fásico
estrella
(1000
eventos)
(1000
eventos)
60 años
según el perfil
"Tensiones y
corrientes"
1 s
3-fásico
estrella
270 días
según el perfil
"Potencias y
armónicos"
1 s
3-fásico
estrella
23 días
según el perfil
"Potencias y
armónicos"
1 s
3-fásico
estrella
(1000
eventos)
(1000
eventos)
22,5 días
activados todos los
parámetros
posibles
10 min
3-fásico
estrella
4 años
activados todos los
parámetros
posibles
10 s
3-fásico
estrella
25 días
activados todos los
parámetros
posibles
10 s
1-fásico
64 días
activados todos los
parámetros
posibles
10 s
1-fásico
(1000
eventos/día)
(1000
eventos/día)
22 días
2.9 Sistemas de medición
El analizador puede ser conectado directamente e indirectamente a los siguientes tipos de red:
monofásica (Fig. 5)
bifásica (con bobinado dividido del transformador llamado en inglés split phase) (Fig. 6),
trifásica tipo estrella con conductor neutro (Fig. 7 i Fig. 12),
trifásica tipo estrella sin conductor neutro (Fig. 8),
trifásica tipo triángulo (Fig. 9 i Fig. 13).
En los sistemas de tres conductores se pueden medir las corrientes con el método de Aron
usando sólo dos pinzas que miden las corrientes lineales IL1 y IL3. La corriente IL2 se calcula
entonces según la relación:
Este método se puede utilizar en los sistemas tipo triángulo (Fig. 10) y estrella sin conductor
neutro (Fig. 11).
Nota
Dado que los canales de medición de tensión se refieren a la entrada N,
en los sistemas, en los cuales el conductor neutro no existe, es necesario
conectar la entrada N a terminal L3 de la red. En este sistema no es
necesario conectar la entrada L3 del analizador a la red examinada. Esto
se presenta en la Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11 y Fig. 13 (sistemas de tres
conductores tipo estrella y triángulo).
PQM-700 Manual de uso
19
En los sistemas con el conductor neutro se puede activar adicionalmente la medición de la
corriente en este conductor después de conectar la pinza adicional en el canal IN. Esta medición
se realiza después de activar la opción Corriente en el conductor N en la configuración del punto
de medición.
Nota
Para calcular correctamente la potencia aparente total Se y el factor de potencia
total PF en el sistema trifásico con 4 conductores, es necesaria la medición de
corriente en el conductor neutro. En tal caso siempre es necesario activar la opción
Corriente en el conductor N y conectar cuatro pinzas. Se puede encontrar más
información en la sección 6.4.5.
Prestar atención a la orientación de las pinzas (flexibles y rígidas). Las pinzas deben ser puestas
de tal manera que la flecha colocada en las pinzas esté orientada hacia la carga. La verificación puede
realizarse controlando la medición de la potencia activa, en la mayoría de tipos de receptores pasivos
la potencia activa tiene el signo positivo. En caso de conexión incorrecta de las pinzas se puede
cambiar la polaridad de las pinzas elegidas mediante la aplicación Sonel Analysis.
Las figuras siguientes presentan esquemáticamente los modos de conexión del analizador a la
red examinada según su tipo.
Fig. 5. Esquema de conexión – sistema monofásico.
Fig. 6. Esquema de conexión – sistema bifásico.
2 Funcionamiento del analizador
20
Fig. 7. Esquema de conexión – sistema trifásico tipo estrella con neutro.
Fig. 8. Esquema de conexión – sistema trifásico tipo estrella sin neutro.
PQM-700 Manual de uso
21
Fig. 9. Esquema de conexión – sistema trifásico tipo triángulo.
Fig. 10. Esquema de conexión – sistema trifásico tipo triángulo (medición de corrientes
mediante el método de Aron).
2 Funcionamiento del analizador
22
Fig. 11. Esquema de conexión – sistema trifásico tipo estrella sin neutro (medición de
corrientes mediante el método de Aron).
Fig. 12. Esquema de conexión - una medición indirecta SN en el sistema de estrella
de 3 fases.
PQM-700 Manual de uso
23
Fig. 13. Esquema de conexión - una medición indirecta SN en el sistema de triángulo
de 3 fases.
2.10 Corriente de arranque
Esta función permite el registro de valores de semiperíodo de tensión y de corriente en tiempo
de 60 s. Después el registro se terminará automáticamente. Antes de la medición se debe ajustar
el tiempo de agregación a Semiperíodo. Los otros ajustes y el sistema de medición son cualquiera.
2.11 Bloqueo de botones
En la aplicación de PC es posible ajustar la opción de bloqueo de botones después del inicio
de registro. Esto protege el analizador contra la detención de registro por personas no autorizadas.
Para desbloquear los botones se deben seguir los siguientes pasos:
pulsar tres veces seguidos el botón en los intervalos de 0,5 s a 1 s,
a continuación, pulsar el botón en el intervalo de 0,5 s a 1 s,
El sonido al pulsar los botones es como para los botones inactivos y después de toda la
secuencia el medidor emite un pitido doble.
2.12 Modo de espera
El programa de ordenador permite la activación del modo de espera. Cuando se inicia el registro, el
medidor apaga los diodos después de 10 s. A partir de este momento son posibles los casos:
activación inmediata – después de apagar todos los diodos, cada 10 s parpadea (durante 0,5 s)
el diodo LOG que indica el registro,
activación según eventos – después del apagado parpadea el diodo LOG cada 30 s en el
estado de espera, cuando se inicia el registro el diodo LOG parpadea cada 10 s,
activación según horario – después del apagado parpadea el diodo LOG cada 30 s en el estado
de espera, cuando se inicia el registro el diodo LOG parpadea cada 10 s.
2 Funcionamiento del analizador
24
Además, en los casos anteriores:
si el usuario detiene el registro pulsando , se encienden los diodos, a menos que el
usuario reinicie el siguiente registro,
si el analizador termina el registro porque se ha acabado la memoria en la tarjeta o se ha
terminado el horario, los diodos permanecen apagados.
La pulsación de cualquier botón (durante corto tiempo) hace que se encienda el diodo ON (y
posiblemente los otros diodos como MEM dependiendo de su estado) y se active la función dada,
si está disponible.
2.13 Actualización de firmware
El software interno del analizar (en inglés firmware) debe actualizarse periódicamente porque
las actualizaciones mejoran los errores percibidos o introducen nuevas funciones. Cuando se
actualiza el software del analizador, se debe comprobar si hay una nueva versión del programa
Sonel Analysis (y viceversa), y si es así, también debe ser actualizado.
2.13.1 Actualización automática
Método automático (recomendado) se lleva a cabo utilizando el software Sonel Analysis. Si en
la configuración del programa el usuario tiene activada la opción Comprobar actualizaciones, la
aplicación se conecta al servidor de actualización al activarla. Si hay actualizaciones disponibles,
se muestran (junto con una lista de cambios), y el usuario puede confirmar la descarga. Comprobar
si hay actualizaciones disponibles también se puede ejecutar manualmente seleccionando en el
menú del programa Ayuda Actualizaciones on-line. Si la actualización del firmware está
disponible y se ha descargado, se puede actualizar el firmware del medidor. Para ello:
1. Antes de actualizar se deben guardar todos los datos del analizador al ordenador (descargar y
guardar los datos registrados en el disco).
2. Conectar el analizador a la red eléctrica.
3. Conectar el analizador a el ordenador mediante un cable USB y usar la aplicación. El programa
Sonel Analysis debe inmediatamente después de la conexión mostrar un mensaje acerca de
la posibilidad de actualizar el firmware (para que esto suceda es necesario que en la
configuración del programa esté activada la opción "Comprobar las versiones de firmware
del medidor al conectar").
4. Después de confirmar una ejecución de actualización se debe esperar a la finalización del proceso.
5. NOTA: Después de una actualización correcta, es necesario volver a programar el analizador
antes de comenzar el registro con el fin de evitar incompatibilidad en los datos registrados.
2.13.2 Actualización manual
La actualización manual requiere que se guarde el archivo de firmware correspondiente en la
tarjeta de memoria y se active la actualización con el botón.
1. Antes de actualizar se deben guardar todos los datos del analizador al ordenador (descargar y
guardar los datos registrados en el disco).
2. Conectar el analizador a la red eléctrica.
3. Desde el sitio web del fabricante www.sonel.pl, se debe descargar el archivo con el nuevo
firmware. Si el archivo está comprimido hay que extraer el archivo FIRMWARE.PQF.
4. El archivo FIRMWARE.PQF debe estar guardado en la carpeta de la tarjeta microSD usando
el lector de tarjetas externo.
5. Insertar la tarjeta en el analizador. El diodo ON debe parpadear, lo que indica que se reconoce
el archivo de firmware y que está listo para iniciar la actualización.
6. Pulsar el botón START con el fin de iniciar la actualización. Si el botón START no se
pulsa en 10 segundos, la actualización se ignora. El proceso se indica mediante el parpadeo
de los diodos ON y MEM.
7. NOTA: Después de una actualización correcta, es necesario volver a programar el analizador
antes de comenzar el registro con el fin de evitar incompatibilidad en los datos registrados.
PQM-700 Manual de uso
25
3 Programa "Sonel Analysis"
El programa "Sonel Analysis" es la aplicación necesaria para trabajar con el analizador PQM-
700. Que permite:
configuración del analizador,
lectura de datos del dispositivo,
visualización de la red en tiempo real,
eliminación de datos en el analizador,
presentación de datos en forma de tablas,
presentación de datos en forma de diagramas,
análisis de los datos según la norma EN 50160 (informes), regulación del sistema y otras
condiciones de referencia definidas por el usuario,
funcionamiento independiente de muchos dispositivos,
actualización a las nuevas versiones del firmware de analizadores y de la propia aplicación.
El manual detallado del programa Sonel Analysis está disponible en un documento separado
(también puede descargarse de la página del fabricante www.sonel.pl).
4 Estructura y métodos de medición
26
4 Estructura y métodos de medición
4.1 Entradas de tensión
La estructura del bloque de las entradas de tensión se muestra en la Fig. 14. Tres entradas de
fase L1, L2, L3 tienen una línea de referencia común, que es
el cable N (neutro). Esta configuración de entradas reduce el
número de cables necesarios para conectar el analizador en la
más amplia opción hasta cuatro. Esta figura también muestra
que el circuito de alimentación del analizador es independiente
de los circuitos de medición.
La fuente de alimentación tiene el rango nominal de tensiones
de entrada entre 100...415 V AC y tiene los terminales
separados.
El analizador tiene un rango de tensión, con la tensión de
cresta de 1150 V (sin corte).
4.2 Entradas de corriente
El analizador tiene cuatro entradas de corriente
independientes con los mismos parámetros. Para cada una de
ellas se pueden conectar las pinzas rígidas de corriente (CT)
con salida de tensión de 1 V como estándar o las pinzas
flexibles.
Una situación típica es el uso de las pinzas flexibles con un integrador electrónico incluido. Sin
embargo, este analizador PQM-700 permite la conexión directa a la entrada del canal de corriente
de la misma bobina de Rogowski, la integración de la señal se realiza de forma digital.
4.2.1 Integrador digital
En el analizador PQM-700 se aplicó la solución con la integración digital de la señal que viene
directamente de la bobina de Rogowski. Este enfoque permite eliminar los problemas relacionados
con los integradores analógicos necesarios para asegurar la precisión declarada a largo plazo y en
el entorno de medición difícil. Los integradores analógicos también deben incluir los sistemas de
protección contra la saturación de la salida en presencia de la tensión continua en la entrada.
El integrador ideal tiene un amplificador infinito para las señales continuas que baja con una
velocidad de frecuencia de 20 dB/década. El desplazamiento de fase es constante en todo el rango
de frecuencia y es de -90°.
En teoría, el amplificador infinito para la señal continua que aparece en la entrada del integrador
causa la saturación de su salida cerca de la tensión de alimentación e impide su funcionamiento.
En sistemas prácticos se introduce una solución para limitar el amplificador para DC hasta un valor
fijo, además periódicamente pone a cero las salidas. También hay técnicas de eliminación activa
de tensión continua que la mide y de nuevo la pone en la entrada pero con el signo opuesto por lo
que se anula eficazmente. En inglés se usa el término "leaky integrator" que significa el integrator
con fuga. "Leaky integrator" es simplemente un integrador con el condensador de resistencia de
alto valor. Tal sistema es entonces el mismo que el filtro de paso bajo con una frecuencia de paso
muy baja.
La aplicación digital del integrador asegura unos parámetros excelentes durante largo período,
todo el procedimiento se lleva a cabo por medio de cálculos, no hay efectos del envejecimiento de
los elementos, etc. Sin embargo, igual que la versión analógica aquí también puede aparecer el
problema de saturación y sin ninguna prevención puede hacer inútil la integración digital. Se deben
tener en cuenta tanto los amplificadores de entrada como el convertidor analógico-digital tienen un
compensador finito y no deseable, que debe ser eliminado antes del proceso de integración. El
software del analizador PQM-700 incluye un filtro digital cuya tarea consiste en eliminar por
completo la componente continua de tensión. La señal filtrada se somete a la integración digital.
La característica de fase resultante tiene unas propiedades excelentes y el desplazamiento de fase
Fig. 14. Entradas de
tensión y alimentador
PQM-700 Manual de uso
27
para las frecuencias más críticas de 50 y 60 Hz es mínimo.
Proporcionar el desplazamiento de fase más pequeño entre las señales de corriente y voltaje
es crucial para asegurar pequeños errores de medición de potencia. El error estimado de medición
de potencia se puede expresar por la relación
1
:
Error de medición de potencia ≈ error de fase (en radianes) × tan(φ) × 100 %
donde tan(φ) es la tangente del ángulo entre la tensión y la corriente de sus componentes
fundamentales. De la fórmula anterior se puede concluir que los errores de medición aumentan
junto con la disminución del factor de desplazamiento de fase; por ejemplo, cuando el error de fase
de 0,1° y cosφ=0,5 el error es de tan sólo del 0,3%. De todos modos, para que las mediciones de
potencia sean exactas, la concordancia de las trayectorias de fase de tensión y corriente debe ser
la mejor.
4.3 Muestreo de la señal
Se muestrea la señal al mismo tiempo en los ocho canales y la frecuencia sincronizada con la
frecuencia del canal de tensión de alimentación de referencia. Esta frecuencia es de 10,24 kHz
para la frecuencia 50 Hz y 60 Hz.
Por consiguiente, un solo período tiene 204,8 muestras para la frecuencia de 50 Hz y 170,67
muestras para 60 Hz. Se utiliza el convertidor analógico-digital de 16 bits que proporciona el
sobremuestreo de 64 veces.
La atenuación analógica de 3 decibelios se ha especificado para las frecuencias de unos 12
kHz, mientras que el error de amplitud para la frecuencia máxima útil igual a 2,4 kHz (es decir, la
frecuencia del 40º armónico para la red de 60 Hz) es de aprox. 0,3 dB. El desplazamiento de fase
para la misma frecuencia es menor que 15°. La atenuación en la banda de parada es mayor de 75
dB.
Se debe tener en cuenta que para la correcta medición del desplazamiento de fase entre los
armónicos de tensión respecto a los armónicos de corriente no es significativo el desplazamiento
absoluto de fase respecto a la frecuencia fundamental, pero la conformidad de las características
de fase de las trayectorias de tensión y corriente. El mayor error de diferencia de fase para f = 2,4
kHz es hasta 15°. Este error disminuye con la disminución de la frecuencia que nos interesa.
1
Current sensing for energy metering, William Koon, Analog Devices, Inc.
4 Estructura y métodos de medición
28
4.4 Sincronización PLL
La sincronización de frecuencia de muestreo se llevó a cabo por medio del equipo. La señal de
voltaje después de pasar a través de los circuitos de entrada se dirige al filtro de paso de banda,
cuya misión es reducir el nivel de armónicos y pasar sólo la componente fundamental de tensión.
A continuación, la señal se dirige a los circuitos del bucle de fase como una señal de referencia. El
sistema PLL genera una frecuencia que es un múltiplo de la frecuencia de referencia requerida
para el convertidor analógico-digital.
La necesidad de la aplicación del bucle de enganche de fase resulta directamente de los
requisitos de la norma IEC 61000-4-7 que describe la metodología y los errores aceptables en la
medición de los armónicos. Esta norma requiere que la ventana de medición, que es la base para
una medición y la evaluación del contenido de armónicos, sea igual a la duración de 10 períodos
de la red energética en las instalaciones de 50 Hz y 12 períodos para 60 Hz. En ambos casos, esto
corresponde a unos 200 ms. Dado que la frecuencia de la fuente de alimentación puede estar
sujeta a cambios periódicos y fluctuaciones, la duración de la ventana puede no ser exactamente
igual a 200 ms, p.ej. para la frecuencia de 51 Hz corresponde a unos 196 ms.
La norma también recomienda que los datos no sean sometidos al sistema de ventanas antes
de introducir la transformada de Fourier (con el fin de extraer los componentes espectrales). Falta
de sincronización de frecuencia y situación en la que en la transformada FFT se realizan las
muestras del número incompleto de períodos pueden conducir a la fuga espectral. Este fenómeno
hace que la línea de armónico se aplique también a otras líneas de interarmónicos adyacentes, lo
que puede conducir a la pérdida de información sobre el nivel y la potencia reales de la línea
examinada. Se permite la posibilidad de la utilización de ventana de ponderación Hanna que reduce
los efectos adversos de la fuga espectral, pero esto sólo se limita a la situación en la que el bucle
PLL ha perdido la sincronización.
La norma IEC 61000-4-7 especifica con precisión el requerido bloque de sincronización. Esto
se expresa de la siguiente manera: el tiempo entre el flanco ascendente del primer impulso de
muestreo y (M+1) de este impulso (donde M es el número de muestras en la ventana de medición)
debe ser igual a la duración del número especificado de períodos en la ventana de medición (10 o
12), con un máximo error permisible de ± 0,03%. Para explicarlo en términos más simples, se
analiza el siguiente ejemplo. Tomando en cuenta la frecuencia de red de 50 Hz, la ventana de
medición dura exactamente 200 ms. Si el primer impulso de muestreo se produce exactamente en
el tiempo t = 0, entonces el primer impulso de muestreo de la ventana de medición siguiente debe
aparecer en el momento t = 200 ± 0,06 ms. Estos ± 60 μs es la desviación admisible del flanco de
muestreo. La norma también define la frecuencia mínima recomendada en la que se debe mantener
la precisión indicada anteriormente de la sincronización y la define ± 5% de la frecuencia nominal,
es decir, 47,5…52,5 Hz y 57…63 Hz respectivamente, para las redes de 50 Hz y 60 Hz.
Otra cuestión es el rango de tensión de entrada para que el sistema PLL funcione
correctamente. La norma 61000-4-7 no menciona aquí indicaciones ni requisitos específicos. El
PQM-700 para la operación apropiada del sistema PLL requiere la tensión superior a 10 V a la
entrada L1-N.
4.5 Medición de frecuencia
La señal para la medición de los valores de frecuencia de 10 segundos viene del canal de
voltaje L1. Es el mismo señal que se utiliza para sincronizar el bucle PLL. Esta señal de canal L1
se aplica al filtro de paso de banda de segundo orden cuyo paso de banda se fijó en el rango de
40..70 Hz. Este filtro sirve para reducir el nivel de armónicos. A continuación, de la forma de onda
filtrada se crea la señal cuadrada. Durante el ciclo de medición de 10 segundos se cuenta el número
de períodos de la señal y su duración. Los intervalos de 10 segundos se determinan por el reloj de
tiempo real (que es un múltiplo entero del tiempo de 10 segundos). La frecuencia se calcula como
la relación del número de períodos contados y su duración.
PQM-700 Manual de uso
29
4.6 Método de medición de los componentes armónicos
Los armónicos se miden de acuerdo con la norma IEC 61000-4-7.
Esta norma establece la forma de calcular los armónicos particulares.
Todo el proceso se compone de varias etapas:
muestreo síncrono (10/12 períodos),
análisis FFT (Transformada Rápida de Fourier),
agrupación.
Según la FFT se analiza la ventana de medición de 10/12 períodos (unos 200 ms). Como
resultado, recibimos un conjunto de líneas espectrales desde la frecuencia 0 Hz (DC) hasta el 40º
armónico (aprox. 2,0 kHz para 50 Hz o 2,4 kHz para 60 Hz). La distancia entre las líneas sucesivas
depende directamente de la duración de la ventana de medición y es aproximadamente de 5 Hz.
El analizador PQM-700 recoge 2.048 muestras por ventana de medición (para la frecuencia de
50 Hz y 60 Hz) por lo tanto se asegura el cumplimiento del requisito para la FFT para que el número
de muestras sometido a transformar sea una potencia de la cifra 2.
Es importante mantener una sincronización de la frecuencia de muestreo constante con la red.
La FFT se puede realizar sólo con los datos que contienen el múltiplo entero del período de la red.
El cumplimiento de este requisito es necesario para minimizar la llamada pérdida de espectro que
falsifica la información sobre los niveles reales de bandas espectrales. El analizador PQM-700
cumple con estos requisitos, debido a que la frecuencia de muestreo se estabiliza con el sistema
de bucle de fase PLL.
Ya que la frecuencia de red puede tener fluctuaciones temporales, la norma prevé la
agrupación de las líneas principales de los armónicos junto con las líneas en sus inmediaciones.
La razón es que la energía de componentes puede pasar parcialmente a las componentes
interarmónicas adyacentes.
Hay dos métodos de agrupación:
grupo armónico (incluye la línea principal y cinco o seis componentes interarmónicas
adyacentes),
subgrupo armónico (incluye la línea principal y una línea adyacente a cado lado).
Fig. 15. Determinación de subgrupos de armónicos (red de 50 Hz).
Ejemplo
Para calcular la componente del tercer armónico en la red de 50 Hz se
debe tomar en cuenta la línea principal de 150 Hz y las líneas adyacentes
de 145 Hz y 155 Hz. La amplitud resultante se calcula usando el método
RMS.
Subgrupo armónico
de orden 1
Subgrupo armónico
de orden 2
Subgrupo armónico
de orden 3
salida
FFT
frecuencia [Hz]
posición de armónico
4 Estructura y métodos de medición
30
La norma IEC 61000-4-30 recomienda que los analizadores de red utilicen el método de los
subgrupos armónicos.
4.7 Detección de eventos
El PQM-700 ofrece una amplia gama de posibilidades de detección de eventos en la red
medida. El evento es la situación en la que el valor del parámetro elegido de la red excede el umbral
definido por el usuario.
El hecho de aparición del evento se registra en la tarjeta de memoria y contiene la información
como:
tipo de parámetro,
canal en el que se produjo el evento,
inicio y final de evento,
valor umbral fijado por el usuario,
valor del parámetro extremo medido durante el evento,
valor medio del parámetro medido durante el evento.
Dependiendo del tipo de parámetro se puede establecer uno, dos o tres umbrales, que serán
controlados por el analizador. La tabla contiene todos los parámetros para que los eventos puedan
ser detectados dependiendo del tipo de umbral.
Tabla 4. Tipos de umbrales de eventos para los parámetros particulares.
Parámetro
Interrupción
Hueco
Subida
Mínimo
Máximo
U
Valor eficaz de tensión
UDC
Componente constante de tensión
f
Frecuencia
CF U
Factor de pico de tensión
u2
Factor de desequilibrio de componente de
secuencia negativa de tensión
Pst
Indicador de parpadeo de luz Pst
Plt
Indicador de parpadeo de luz PIt
I
Valor eficaz de corriente
CF I
Factor de pico de corriente
i2
Factor de desequilibrio de componente de
secuencia negativa de corriente
P
Potencia activa
Q1, QB
Potencia reactiva
S
Potencia aparente
D, SN
Potencia de distorsión
PF
Factor de potencia
cos
Factor de desplazamiento de fase
tan
Factor de tangente
EP+, EP-
Energía activa (consumida y devuelta)
EQ+, EQ-
Energía reactiva (consumida y devuelta)
ES
Energía aparente
THDF U
Factor THDF de tensión
Uh2..Uh40
Amplitudes de armónicos de tensión
(orden n = 2…40)
THDF I
Factor THDF de corriente
Ih2..Ih40
Amplitudes de armónicos de corriente
(orden n = 2…40)
PQM-700 Manual de uso
31
Algunos parámetros pueden tener tanto los valores positivos como negativos. Un ejemplo es la
potencia activa, la potencia reactiva y el factor de potencia. Dado que el umbral de detección de
eventos sólo puede ser positivo, con el fin de asegurar la correcta detección de eventos para estos
parámetros, el analizador compara los valores absolutos de estos parámetros con el umbral
establecido.
Ejemplo
El umbral de evento de la potencia activa se establece en 10 kW. Si la
carga tiene el carácter de generador, la potencia activa tendrá un signo
negativo después de conectar correctamente la pinza de corriente. Si el
valor absoluto medido de la potencia activa supera el umbral, es decir, 10
kW (p.ej. 11 kW) se registrará el evento del que se ha superado el valor
de la máxima potencia activa.
Hay dos tipos de parámetros: el valor eficaz de tensión y el valor eficaz de corriente pueden
generar eventos y el usuario puede completarlos con el registro de las ondas instantáneas
(oscilogramas).
Las formas de onda de canales activos (de tensión y corriente) se almacenan por el analizador
al principio y al final del evento. En ambos casos, se registran seis períodos: dos antes del
comienzo (final) del evento y cuatro después del comienzo (final). Las formas de onda se
almacenan en formato de 8 bits con una frecuencia de muestreo de 10,24 kHz.
La información sobre el evento es guardada en el momento de finalizar. En algunos casos
puede ocurrir que en el momento de finalizar el registro algún evento estaba activo (p.ej. duraba el
hueco de tensión). Información sobre este evento también se guarda pero con las siguientes
modificaciones:
no hay tiempo de finalización de evento,
el valor extremo se calcula sólo para el período hasta la detención de registro,
no se menciona el valor medio,
sólo está disponible el oscilograma de comienzo para los eventos relacionados con la tensión
o la corriente eficaz.
Para evitar la detección repetida de eventos, cuando el valor del parámetro fluctúa en torno al
umbral, se introdujo la histéresis de detección de eventos definida por el usuario. Se la define en
porcentaje de la siguiente manera:
para los eventos del valor eficaz de tensión es un porcentaje del valor nominal de tensión (p.ej.
2% de 230 V, es decir, 4,6 V),
para los eventos del valor eficaz de corriente es el porcentaje del rango nominal de corriente
(p.ej. para la pinza C-4 y la falta de transformadores de corriente, la histéresis del 2% es igual
a 0,02 × 1000 A = 20 A,
para los otros parámetros, la histéresis se define como el porcentaje del umbral máximo (por
ejemplo si el umbral máximo para el factor de cresta de corriente se establece en 4,0, entonces
la histéresis es 0,02 × 4,0 = 0,08.
5 Fórmulas de cálculo
32
5 Fórmulas de cálculo
5.1 Red monofásica
Red monofásica
Parámetro
Método de cálculo
Nombre
Símbolo
Unidad
Tensión eficaz (True
RMS)
UA
V
donde Ui es la siguiente muestra de la tensión UA-N
M = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Componente constante
de tensión
UADC
V
donde Ui es siguiente muestra de la tensión UA-N
M = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Frecuencia
f
Hz
número de los períodos enteros de tensión UA-N
contados
durante el intervalo de 10 s de tiempo de reloj dividido
por la duración total de los períodos completos
Corriente eficaz (True
RMS)
IA
A
donde Ii es siguiente muestra de la corriente IA
M = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Componente constante
de corriente
IADC
A
donde Ii es siguiente muestra de la corriente IA
M = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Potencia activa
P
W
donde Ui es siguiente muestra de la tensión UA-N
Ii es sigueinte muestra de la corriente IA
M = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Potencia reactiva
definida por Budeanu
QB
var
donde Uh es hº armónico de tensión UA-N
Ih es hº armónico de corriente IA
h es hº ángulo entre los armónicos Uh y Ih
Potencia reactiva de la
componente fundamental
Q1
var
donde U1 es la componente fundamental de tensión UA-N
I1 es la componente fundamental de corriente IA
1 es el ángulo entre las componentes fundamentales
U1 y I1
Potencia aparente
S
VA
Potencia aparente de
distorsión
SN
VA
Potencia de distorsión
definida por Budeanu
DB
var
Factor de potencia
PF
-
Si PF < 0 carga tiene el carácter de generador
Si PF > 0 la carga tiene el carácter de receptor
PQM-700 Manual de uso
33
Factor de
desplazamiento de fase
cos
DPF
-
donde
U1 es el ángulo absoluto de la componente
fundamental de la tensión UA-N
I1 es el ángulo absoluto de la componente fundamental
de la corriente IA
Tangente
(4 cuadrantes)
tan
(L+)
-
donde:
EQ(L+) es el aumento de la energía reactiva EQ(L+)
(Budeanu/IEEE-1459) en este período de cálculo de la media,
EP+ es el aumento de la energía activa consumida EP+
en este período de cálculo de la media
tan
(C-)
-
donde:
EQ(C-) es el aumento de la energía reactiva EQC)
(Budeanu/IEEE-1459) en este período de cálculo de la
media,
EP+ es el aumento de la energía activa consumida EP+
w danym przedziale uśredniania
tan
(L-)
-
donde:
EQ(L-) es el aumento de la energía reactiva EQ(L-)
(Budeanu/IEEE-1459) en este período de cálculo de la
media,
EP+ es el aumento de la energía activa consumida EP+
w danym przedziale uśredniania
tan
(C+)
-
donde:
EQ(C+) es el aumento de la energía reactiva EQ(C+)
(Budeanu/IEEE-1459) en este período de cálculo de la
media,
EP+ es el aumento de la energía activa consumida EP+
en este período de cálculo de la media
Componentes armónicas
de tensión y corriente
Uhx
Ihx
V
A
método de los subgrupos armónicos según
IEC 61000-4-7
x (orden del armónico) = 1..40
Factor de distorsión
armónica de tensión se
refiere a la componente
fundamental
THDUF
-
donde Uh es hº armónico de tensión UA-N
U1 es la componente fundamental de tensión UA-N
Factor de distorsión
armónica de tensión se
refiere al valor eficaz
THDUR
-
donde Uh es hº armónico de tensión UA-N
Factor de distorsión
armónica de corriente se
refiere a la componente
fundamental
THDIF
-
donde Ih es hº armónico de corriente IA
I1 es la componente fundamental de corriente IA
Factor de distorsión
armónica de corriente se
refiere al valor eficaz
THDIR
-
donde Ih es hº armónico de corriente IA
Factor TDD
TDD
-
donde Ih es hº armónico de corriente IA
IL es la corriente demandada (en modo automático IL es
el valor medio máximo de la componente fundamental
de corriente buscada entre todos los canales de
corriente medidos de todo el rango de registro)
5 Fórmulas de cálculo
34
Factor de pico de tensión
CFU
-
Cuando el operario expresa el valor más
grande de los valores absolutos de muestras de tensión
UA-N
i = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Factor de pico de
corriente
CFI
-
Cuando el operario expresa el valor más grande
de los valores absolutos de muestras de corriente IA
i = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Flicker de corta duración
Pst
-
calculado de acuerdo con la norma IEC 61000-4-15
Flicker de larga duración
Plt
-
donde PSTi es el siguiente indicador de parpadeo de
corta duración
Energía activa
(consumida y devuelta)
EP+
EP-
Wh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos
P(i) representa el valor de la potencia activa P calculada
en la iª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
Energía reactiva
(4 cuadrantes)
EQ(L+)
EQ(C-)
EQ(L-)
EQ(C+)
varh
QL+(i) = Q(i) si Q(i)>0 y P(i)>0
QL+(i) = 0 en otros casos
QC-(i) = Q(i) si Q(i)>0 y P(i)<0
QC-(i) = 0 en otros casos
QL-(i) = |Q(i)| si Q(i)<0 y P(i)<0
QL-(i) = 0 en otros casos
QC+(i) = |Q(i)| si Q(i)<0 y P(i)>0
QC+(i) = 0 en otros casos
donde:
PQM-700 Manual de uso
35
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos ,
Q(i) representa el valor de la potencia reactiva (Budeanu
o IEEE1459) calculada en iª ventana de medición
P(i) representa el valor de la potencia activa calculada
en iª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
Energía aparente
ES
VAh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos
S(i) representa el valor de la potencia aparente S
calculada en iª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
5.2 Red bifásica
Red bifásica
(los parámetros no mencionados se calculan como para la red monofásica)
Parámetro
Método de cálculo
Nombre
Símbolo
Unidad
Potencia activa total
Ptot
W
Potencia reactiva total
definida por Budeanu
QBtot
var
Potencia reactiva total de
componente fundamental
Q1tot
var
Potencia aparente total
Stot
VA
Potencia aparente total de
distorsión
SNtot
VA
Potencia de distorsión total
definida por Budeanu
DBtot
var
Factor de potencia total
PFtot
-
Factor total de
desplazamiento de fase
cos
tot
DPFtot
-
Tangente total
(4 cuadrantes)
tan
tot(L+)
-
donde:
EQtot(L+) es el aumento de la energía reactiva
total EQtot(L+) (Budeanu/IEEE-1459) en este período de
cálculo de la media,
EPtot+ es el aumento de la energía activa consumida
total EPtot+ en este período de cálculo de la media
tan
tot(C-)
-
donde:
EQtot(C-) es el aumento de la energía reactiva
total EQtot(C-) (Budeanu/IEEE-1459) en este período de
cálculo de la media,
EPtot+ es el aumento de la energía activa consumida
total EPtot+ en este período de cálculo de la media
tan
tot(L-)
-
5 Fórmulas de cálculo
36
donde:
EQtot(L-) es el aumento de la energía reactiva
total EQtot(L-) (Budeanu/IEEE-1459) en este período de
cálculo de la media,
EPtot+ es el aumento de la energía activa consumida
total EPtot+ en este período de cálculo de la media
tan
tot(C+)
-
donde:
EQtot(C+) es el aumento de la energía reactiva
total EQtot(C+) (Budeanu/IEEE-1459) en este período de
cálculo de la media,
EPtot+ es el aumento de la energía activa consumida
total EPtot+ en este período de cálculo de la media
Energía activa total
(consumida y devuelta)
EPtot+
EPtot-
Wh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos,
Ptot(i) representa el valor de la potencia total activa Ptot
calculada en iª ventana de medición,
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
Energía reactiva total
(4 cuadrantes)
EQtot(L+)
EQtot(C-)
EQtot(L-)
EQtot(C+)
varh
QL+(i) = Q(i) si Q(i)>0 y P(i)>0
QL+(i) = 0 en otros casos
QC-(i) = Q(i) si Q(i)>0 y P(i)<0
QC-(i) = 0 en otros casos
QL-(i) = |Q(i)| si Q(i)<0 y P(i)<0
QL-(i) = 0 en otros casos
QC+(i) = |Q(i)| si Q(i)<0 y P(i)>0
QC+(i) = 0 en otros casos
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos ,
Q(i) representa el valor de la potencia reactiva total
(Budeanu o IEEE1459) calculada en iª ventana de
medición
P(i) representa el valor de la potencia activa calculada
en iª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
PQM-700 Manual de uso
37
Energía aparente total
EStot
VAh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos
Stot(i) representa el valor de la potencia aparente total Stot
calculada en iª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
5.3 Red trifásica tipo estrella con N
Red trifásica tipo estrella con N
(parámetros no mencionados se calculan como para la red monofásica)
Parámetro
Método de cálculo
Nombre
Símbolo
Unidad
Potencia activa total
Ptot
W
Potencia reactiva total
definida por Budeanu
QBtot
var
Potencia reactiva total
según IEEE 1459
Q1+
var
donde:
U1+ es componente de secuencia positiva de tensión (de
componente fundamental)
I1+ es componente de secuencia positiva de corriente
(de componente fundamental)
1+ es el ángulo entre las componentes U1+ yI1+
Potencia aparente eficaz
Se
VA
donde:
Potencia aparente eficaz
de distorsión
SeN
VA
donde:
Potencia de distorsión
total definida por
Budeanu
DBtot
var
Factor de potencia total
PFtot
-
Factor total de
desplazamiento de fase
cos
tot
DPFtot
-
5 Fórmulas de cálculo
38
Tangente total
(4 cuadrantes)
tan
tot(L+)
tan
tot(C-)
tan
tot(L-)
tan
tot(C+)
-
relación como para la red de 2 fases
Energía activa total
(consumida y devuelta)
EP+tot
EP-tot
Wh
relación como para la red de 2 fases
Energía reactiva total
(4 cuadrantes)
EQtot(L+)
EQtot(C-)
EQtot(L-)
EQtot(C+)
varh
relación como para la red de 2 fases
Energía aparente total
EStot
VAh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos
Se(i) representa el valor de la potencia aparente eficaz
Se calculada en yª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
Valor eficaz de tensión
de componente de
secuencia cero
U0
V
donde UA1, UB1, UC1 son vectores de las componentes
fundamentales de las tensiones de fase UA, UB, UC
Operador mag() significa el módulo del vector
Valor eficaz de tensión
de componente de
secuencia positiva
U1
V
donde UA1, UB1, UC1 son vectores de las componentes
fundamentales de las tensiones de fase UA, UB, UC
Operador mag() significa el módulo del vector
Valor eficaz de tensión
de componente de
secuencia negativa
U2
V
donde UA1, UB1, UC1 son vectores de las componentes
fundamentales de las tensiones de fase UA, UB, UC
Operador mag() significa el módulo del vector
Factor de desequilibrio
de tensión de
componente de
secuencia cero
u0
%
Factor de desequilibrio
de tensión de
componente de
u2
%
PQM-700 Manual de uso
39
secuencia negativa
Componente de
secuencia cero de
corriente
I0
A
donde IA1, IB1, IC1 son vectores de las componentes
fundamentales de las corrientes de fase IA, IB, IC
Operador mag() significa el módulo del vector
Valor eficaz de corriente
de componente de
secuencia positiva
I1
A
donde IA1, IB1, IC1 son vectores de las componentes
fundamentales de las corrientes IA, IB, IC
Operador mag() significa el módulo del vector
Valor eficaz de corriente
de componente de
secuencia negativa
I2
A
donde IA1, IB1, IC1 son vectores de las componentes
fundamentales de las tensiones de fase IA, IB, IC
Operador mag() significa el módulo del vector
Factor de desequilibrio
de corriente de
componente de
secuencia cero
i0
%
Factor de desequilibrio
de corriente de
componente de
secuencia negativa
i2
%
5 Fórmulas de cálculo
40
5.4 Red trifásica tipo estrella y triángulo sin N
Red trifásica tipo estrella y triángulo sin N
(parámetros: tensión y corriente eficaces, componentes constantes de tensiones y corrientes, factores THD y K, componentes
simétricas y factores de asimetría, indicadores de parpadeo de luz, se calculan igual que en los circuitos monofásicos; en lugar de
las tensiones de fase se utilizan las tensiones entre fases)
Parámetro
Método de cálculo
Nombre
Símbolo
Unidad
Tensión entre fases UCA
UCA
V
Corriente I2
(sistemas de medición de
Aron)
I2
A
Potencia activa total
Ptot
W
donde:
UiAC es la siguiente muestra de la tensión UA-C
UiBC es la siguiente muestra de la tensión UB-C
IiA es la siguiente muestra de la corriente IA
IiB es la siguiente muestra de la corriente IB
M = 2048 para la red de 50 Hz y 60 Hz
Potencia aparente total
Se
VA
donde:
Potencia reactiva total
(Budeanu e IEEE 1459)
QBtot
var
donde sign es igual a 1 o -1. El signo se determina por
el ángulo de cambio de fase entre las componentes
simétricas normalizadas de tensiones y corrientes
compatibles.
Potencia de distorsión
total definida por
Budeanu
DBtot
var
Potencia aparente eficaz
de distorsión
SeN
VA
donde:
Factor de potencia total
PFtot
-
PQM-700 Manual de uso
41
Energía activa
(consumida y devuelta)
EPtot+
EPtot-
Wh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos
Ptot(i) representa el valor de la potencia activa total Ptot
calculada en yª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
Energía aparente total
EStot
VAh
donde:
i es el siguiente número de la ventana de medición de
10/12 períodos
Se(i) representa el valor de la potencia aparente total Se
calculada en yª ventana de medición
T(i) representa el tiempo de duración de iª ventana de
medición en las horas
5 Fórmulas de cálculo
42
5.5 Métodos para promediar los parámetros
Métodos para promediar los parámetros
Parámetro
Método para promediar
Tensión y corriente eficaz
RMS
Tensión y corriente continua (DC)
media aritmética
Frecuencia
media aritmética
Factor de cresta de U, I
media aritmética
Componentes simétricas de U, I
RMS
Factor de asimetría de U, I
calculado de los valores medios de las componentes simétricas
Potencia activa, reactiva, aparente,
distorsiones
media aritmética
Factor de potencia PF
calculado de los valores medios de potencia
cos
media aritmética
tan
se calcula como la relación del aumento de la energía reactiva (en
el cuadrante apropiado) respecto al aumento de la energía activa
consumida
THD U, I
calculado como la relación entre el valor medio RMS de los
armónicos altos y el valor medio RMS de componente fundamental
(para THD-F), o la relación del valor medio RMS de los armónicos
altos al valor medio de la tensión eficaz (para THD-R)
Amplitudes de los armónicos de U, I
RMS
Ángulos entre los armónicos de
tensiones y corrientes
media aritmética
Potencia activa y reactiva de
armónicos
media aritmética
Notas:
El valor medio RMS se calcula según la fórmula:
La media aritmética (AVG) se calcula según la fórmula:
donde:
Xi es siguiente valor de parámetro sujeto al cálculo de la media,
N es el número del valor sujeto al cálculo de la media.
PQM-700 Manual de uso
43
6 Calidad de alimentación - manual
6.1 Información básica
La metodología de medición de la calidad eléctrica en los analizadores se especifica en la
norma IEC 61000-4-30. Esta norma, que proporciona algoritmos de medición estrictos, ordenó el
mercado de analizadores, y facilita la comparación y la compatibilidad de los resultados de la
medición entre los analizadores de diferentes fabricantes. Anteriormente, estos dispositivos usaban
diferentes algoritmos, por lo tanto, los resultados de las mediciones de los mismos objetos con
dispositivos diferentes a menudo daban resultados completamente diferentes.
Los factores que influyeron en el creciente interés por los temas relacionados con la calidad de
alimentación eran, entre otros, la difusión de controladores electrónicos de alimentación,
convertidores DC/DC y fuentes conmutadas, bombillas de ahorro de energía, etc., es decir, lo que
se refiere a la conversión de la energía eléctrica. Todos estos dispositivos solían distorsionar
significativamente la forma de onda de corriente de alimentación.
Las fuentes de alimentación conmutada (comúnmente usadas en aplicaciones domésticas e
industriales) a menudo se construyen de tal manera que la tensión alterna de red es rectificada y
suavizada con un condensador, es decir, se cambia en la tensión continua (DC) para convertirse
luego con mucha frecuencia y eficiencia en la tensión de salida con el valor deseado. Esta solución,
sin embargo, tiene un efecto secundario indeseable. Las recargas de condensadores son mediante
pulsos cortos de corriente en momentos cuando la tensión de red está cerca del valor de pico. Del
balance de potencia resulta que si la corriente se coge sólo en breves intervalos de tiempo,
entonces el valor de pico debe ser mucho más alto que si se toma de forma continua. Una gran
relación del valor de cresta de corriente al valor eficaz (llamado factor de cresta) y una disminución
en el factor de potencia (en inglés Power Factor, PF) hacen que para conseguir una potencia activa
en el receptor (en vatios), el productor de energía se ve obligado a entregar una potencia más alta
que la potencia activa del receptor (esto se llama potencia aparente, expresada en voltios-
amperios, VA). El factor pequeño de potencia hace mayor carga de los cables de transmisión y
mayores costos de transporte de energía eléctrica. Los componentes armónicos que aparecen en
la corriente de alimentación son la causa de problemas adicionales. Como resultado, las empresas
de servicios energéticos comenzaron a imponer sanciones económicas a los consumidores que no
garantizaban suficientemente alto factor de potencia.
Los destinatarios potenciales interesados en los analizadores de calidad de energía pueden
ser por un lado las empresas de servicios energéticos que pueden utilizarlos para controlar a sus
clientes, por otro lado, los consumidores de energía, que con el dispositivo pueden detectar y tratar
de remediar el bajo factor de potencia y otros problemas relacionados con la calidad de la energía.
Los parámetros de calidad de fuente de alimentación, así como las características energéticas
de los receptores se describen con diferentes tamaños e indicadores. Este estudio podría aclarar
un poco el tema.
Como se mencionó anteriormente, la falta de estandarización de los métodos de medición
causaba unas diferencias significativas en los valores calculados de los diversos parámetros de la
red por varios instrumentos. La norma IEC 61000-4-30 creada gracias a esfuerzos de muchos
ingenieros fue el primer documento en el que se mencionaban métodos muy precisos, relaciones
matemáticas y precisiones necesarias de mediciones para los analizadores de energía eléctrica.
El cumplimiento de la norma (y en particular con la clase A) era para garantizar los resultados de
mediciones repetitivos y casi idénticos de las mismas magnitudes medidas con dispositivos de
diferentes fabricantes.
6 Calidad de alimentación - manual
44
6.2 Medición de corriente
6.2.1 Pinzas rígidas (CT) para medir las corrientes alternas (AC)
La pinza rígida tipo CT (en inglés Current Transformer) es simplemente el transformador que
procesa la corriente grande del bobinado primario a la corriente más pequeña en el bobinado
secundario. Las mordazas de las típicas pinzas de corriente están hechas de un material
ferromagnético (tal como hierro) con el bobinado secundario alrededor de ellas. El bobinado
primario es el conductor, que es por lo general una sola bobina, alrededor del cual se sujetan las
mordazas de pinza. Si ahora por el conductor examinado fluye la corriente de 1000 amperios, en
el bobinado secundario de 1000 bobinas fluirá la corriente de 1 A (si el circuito está cerrado). El
resistor se coloca en la misma pinza con la salida de tensión.
El transformador de corriente de este tipo tiene varias
características distintivas. Puede medir corrientes muy altas, al
mismo tiempo consume poca energía. La corriente de
magnetización causa el desplazamiento de fase (partes décimas
de grado), que puede resultar en un error de medición de
potencia (especialmente con bajo factor de potencia). La
desventaja de este tipo de pinza es también el fenómeno de la
saturación del núcleo durante la medición de corrientes muy altas
(por encima del rango nominal). La saturación del núcleo debido
al fenómeno de histéresis de magnetización causa la aparición
de grandes errores de medición que se pueden eliminar sólo por
su desmagnetización. Además, cuando la corriente medida tiene
un significativo componente de corriente continua (DC), el núcleo
se satura. La gran desventaja de la pinza rígida es también su considerable peso.
A pesar de estos inconvenientes, la pinza CT es actualmente el método no invasivo más
ampliamente utilizado para medir las corrientes alternas (AC).
Con el analizador PQM-700 se pueden utilizar las siguientes pinzas CT para medir las
corrientes alternas:
C-4(A), con rango nominal de 1000 A AC,
C-6(A), con rango nominal de 10 A AC,
C-7(A), con rango nominal de 100 A AC.
6.2.2 Pinzas para medir las corrientes alternas y continuas (AC/DC)
En algunas situaciones es necesario medir la componente de corriente continua. Para este fin,
se deben utilizar las pinzas con un modo diferente de funcionamiento que el transformador de
corriente tradicional. Estas pinzas usan el fenómeno físico conocido como el efecto Hall e incluyen
en su diseño el sensor Hall. En resumen, este efecto consiste en la aparición de la tensión eléctrica
en las paredes del conductor, a través del cual fluye la corriente eléctrica, y, además, se encuentra
en el campo magnético con la dirección transversal al vector de inducción de este campo.
Las pinzas de corriente que utilizan este fenómeno pueden medir la componente alterna y
constante de corriente. El conductor con corriente colocado dentro de las pinzas crea un campo
magnético que se concentra en el núcleo de hierro. En la ranura de núcleo, donde se unen las dos
partes de mordazas, se coloca el sensor Hall que consta de semiconductor y su tensión de salida
es amplificada por el sistema electrónico alimentado con batería.
En las pinzas de este tipo por lo general tienen una perilla para ajustar el cero de corriente.
Para recibir el cero de corriente se deben cerrar las mordazas (sin conductor en el interior) y se
ajusta la perilla hasta conseguir el cero de la corriente continua.
Las pinzas de este tipo ofrecidas actualmente por Sonel S.A. son las pinzas C-5A con el rango
nominal de 1000 A AC/1400 A DC. Estas pinzas tienen una salida de tensión y para la corriente
nominal de 1000 A dan la tensión de 1 V (1 mV/A).
Fig. 16. Pinza rígida CT
con salida de tensión
PQM-700 Manual de uso
45
6.2.3 Pinzas flexibles
Las pinzas flexibles (en inglés Flexible Current
Probes) se basan en otra norma física que el
transformador de corriente. Su parte más importante
es la bobina de Rogowski, llamada así por el físico
alemán Walter Rogowski. Esta es una bobina de aire
envuelta alrededor del conductor con corriente. La
estructura especial de la bobina permite introducir sus
dos extremos por un lado, por lo que es posible colocar
fácilmente la pinza alrededor del conductor (el extremo
de retorno se coloca dentro de la bobina a lo largo de
toda su longitud). La corriente que fluye a través del
conductor medido crea las líneas de campo magnético
que aprovechando el fenómeno de auto-inducción
inducen la fuerza electromotriz en los extremos de la
bobina. Sin embargo, este voltaje es proporcional a la
velocidad de cambio de la corriente en el conductor, y
no a la propia corriente.
La bobina de Rogowski tiene algunas ventajas
innegables en comparación con los transformadores
de corriente. Dado que no tiene el núcleo no se ve
afectada por el fenómeno de la saturación, por lo tanto
es perfecta para medir grandes corrientes. La bobina
también tiene una linealidad excelente y gran banda
de transmisión, mucho más grande que el transformador de corriente, y en comparación con él
también pesa menos.
Sin embargo, hasta hace poco, las pinzas flexibles tenían un problema con una expansión más
amplia en la medición de la corriente. Hay algunos factores que dificultan la aplicación práctica del
sistema de medición con la bobina de Rogowski. Uno de ellos es un nivel bajo de tensión que se
induce en los terminales (que depende de las dimensiones geométricas de la bobina). Por ejemplo,
la tensión de salida para la frecuencia de 50 Hz de las pinzas flexibles de la serie F (usadas con el
analizador PQM-700) es de unos 45 μV/A. Estos bajos niveles de voltaje requieren amplificadores
de precisión y bajo nivel de ruido, que por supuesto aumentan los costes.
Dado que la tensión de salida es proporcional a la derivada de la corriente, es necesario utilizar
el sistema integrador; en general se ofrecen las pinzas flexibles que se componen de la bobina de
Rogowski con un sistema analógico de integrador (módulo típico alimentado con la batería). En la
salida del integrador hay una señal de tensión proporcional a la corriente medida y con la escala
adecuada (p.ej. 1 mV/A).
Otro problema con la bobina de Rogowski es la sensibilidad a los campos magnéticos externos.
La bobina ideal debe ser sensible solamente al campo cerrado con el área de la bobina y debe
separar completamente de los campos magnéticos externos. Sin embargo, esta es una tarea muy
difícil. La única forma de obtener tales propiedades es la construcción muy precisa de la bobina,
con el bobinado perfectamente homogéneo y la impedancia más baja. Exactamente la alta
precisión del devanado de bobina es responsable del precio relativamente alto de esta pinza.
Junto con el analizador se pueden utilizar las pinzas flexibles ofrecidas por Sonel S.A. Los tipos
y los parámetros de la pinza se dan en la sección 8.
Fig. 17. Bobina de Rogowski
6 Calidad de alimentación - manual
46
6.3 Parpadeo de luz (Flicker)
La palabra inglesa flicker significa parpadeo. Respecto a las cuestiones relacionadas con la
calidad de la energía es un fenómeno del cambio periódico de la intensidad de la luz debido a los
cambios de tensión que alimenta las bombillas.
La medición del parpadeo apareció en los analizadores de calidad de energía cuando se
descubrió que este fenómeno provoca molestias, irritación, a veces dolores de cabeza, etc. Las
vibraciones de intensidad de luz deben tener una frecuencia bastante específica, no pueden ser
demasiado lentas porque entonces la pupila humana es capaz de adoptarse a los cambios de la
luz, tampoco pueden ser demasiado rápidas porque la inercia del filamento elimina estos cambios
casi por completo.
Los estudios han demostrado que la alteración máxima para la frecuencia es de aprox. 9
cambios por segundo. Las fuentes de luz más sensibles resultaron ser las bombilla tradicionales
con un filamento de tungsteno. Las lámparas halógenas cuyas fibras tienen una temperatura
mucho más alta de las tradicionales también tienen una inercia mucho mayor que reduce los
cambios de claridad percibidos por hombre. Las lámparas fluorescentes se caracterizan por la
mejor "resistencia" para el parpadeo porque sus propiedades específicas estabilizan la corriente
que fluye a través de la lámpara durante los cambios de tensión, y por lo tanto reducen las
fluctuaciones de la potencia de iluminación.
El parpadeo se mide según su percepción y se distinguen dos tipos: de período corto PST (en
inglés short term), cuyo valor se determina cada 10 minutos, y de período largo PLT (en inglés long
term), cuyo valor se calcula basándose en los 12 valores siguientes PST, es decir, cada 2 horas. El
tiempo largo de medición resulta directamente del cambio lento del fenómeno, para recoger la
muestra de datos fiable, la medición debe ser larga. PST igual a 1 se considera el que valor está a
punto de molestia, por supuesto la sensibilidad al parpadeo varía entre las personas; la adopción
de este umbral resulta de las pruebas realizadas en un grupo representativo de personas.
¿Cuál es la razón de la aparición del fenómeno de parpadeo de luz? La causa más frecuente
son las caídas de tensión debidas a la conexión y desconexión de grandes cargas y un cierto nivel
de parpadeo está presente en la mayoría de redes de alimentación. Además, el efecto adverso en
la gente descrito anteriormente no tiene que ser -y por lo general no lo es- síntoma de deficiencias
de nuestra instalación. Si en la red se observa una subida repentina e inexplicable del nivel de
parpadeo de la luz (es decir, la subida del valor de los factores PST y PLT) no se debe de ninguna
manera ignorarlo. Puede resultar que el parpadeo se deba a las malas conexiones en el sistema,
mayores caídas de tensión en las uniones del panel de control (por ejemplo) provocarán mayores
fluctuaciones de tensión en los receptores como la bombilla. Las caídas de tensión en las uniones
también causan que se calienten, y finalmente, pueden provocar chispas y posiblemente un
incendio. Las inspecciones periódicas de la red y los síntomas descritos pueden llamar nuestra
atención para encontrar la fuente del peligro.
6.4 Medición de potencia
La potencia es uno de los parámetros más importantes que determina las propiedades
energéticas de los circuitos eléctricos. El ajuste de cuentas entre el proveedor y el destinatario es
la energía eléctrica equivalente al producto de potencia y tiempo.
En la ingeniería eléctrica hay diferentes variedades de potencia:
potencia activa (en inglés Active Power) representada por la letra P y medida en vatios,
potencia reactiva (en inglés Reactive Power) representada por la letra Q y medida en var,
potencia aparente (en inglés Apparent Power) representada por la letra S y medida en VA.
Los tres tipos de potencia mencionados son los más conocidos, pero esto no significa que la lista
termine aquí.
En la escuela se enseña que estas potencias forman los llamados triángulos de potencia, cuyas
propiedades expresa la siguiente ecuación:
Esta ecuación, sin embargo, sólo es válida para los sistemas con las formas de onda
sinusoidales de tensiones y corrientes.
PQM-700 Manual de uso
47
Antes de pasar a un análisis más detallado de las cuestiones relacionadas con la medición de
potencias, primero se deben definir las potencias particulares.
6.4.1 Potencia activa
La potencia activa P expresa la capacidad del sistema para realizar un trabajo específico. Esta
es la potencia más deseada por los consumidores de la energía y por la potencia activa
suministrada durante un período se paga al proveedor (por separado se analiza la cuestión del
pago por la potencia reactiva adicional, ver más adelante). La potencia activa (y por consiguiente
la energía activa) se mide con medidores de la energía eléctrica en todos los hogares.
La fórmula básica para el cálculo de la potencia activa es la siguiente:
donde: u(t) - valor instantáneo de tensión, i(t) - valor instantáneo de corriente, T - período para el
que se calcula la potencia.
La potencia activa se puede calcular en los sistemas sinusoidales como:
donde U es el valor eficaz de tensión, I es el valor eficaz de corriente y
es el ángulo de
desplazamiento de fase entre la tensión y la corriente.
La potencia activa se calcula por el analizador PQM-700 directamente a partir de la fórmula
integral utilizando los transcursos de muestreo de tensión y corriente:
donde M es el número de muestras en la ventana de medición de 10/12 períodos y es igual a 2048,
Ui y Ii son siguientes muestras de tensión y corriente.
6.4.2 Potencia reactiva
La fórmula más conocida de potencia reactiva también es válida solamente para los circuitos
monofásicos con los transcursos sinusoidales de tensión y corriente:
La interpretación de la potencia en tales sistemas es la siguiente: es la amplitud de potencia
alterna instantánea en los terminales de la fuente. La existencia del valor no-cero de esta potencia
confirma el flujo bidireccional de energía y flujo oscilante entre la fuente y el receptor.
Nos podemos imaginar un sistema monofásico con una fuente sinusoidal de tensión, cuya
carga es del circuito RC. Dado que, en tales condiciones, los elementos se comportan linealmente,
la onda de corriente de fuente será sinusoidal, pero debido a las propiedades del condensador será
desplazada respecto a la fuente de tensión. En tal sistema, la potencia reactiva Q es distinta de
cero y se puede interpretar como la amplitud de la oscilación de energía, que a su vez es
almacenada en un condensador y devuelta a la fuente. La potencia activa del condensador es igual
a cero.
Sin embargo, la oscilación de energía parece sólo un efecto presente en casos específicos de
los circuitos con el transcurso sinusoidal de tensión y corriente, y no es la causa de la formación
de la potencia reactiva. Los estudios realizados en esta área demuestran que la potencia reactiva
también aparece en los circuitos donde no hay oscilación de energía. Esta afirmación puede
sorprender a muchos ingenieros. En las últimas publicaciones sobre la teoría de potencia como el
6 Calidad de alimentación - manual
48
único fenómeno físico, que siempre acompaña a la potencia reactiva, se mencionan los
desplazamientos de fase entre corriente y tensión.
La fórmula anteriormente mencionada para el cálculo de la potencia reactiva sirve sólo para
los circuitos sinusoidales de sólo una fase. Entonces aparece la pregunta: ¿cómo se calcula la
potencia reactiva en los sistemas no sinusoidales? Esta pregunta abre la "caja de Pandora" del
entorno electro-técnico. Resulta que la definición de la potencia reactiva en los sistemas reales (no
sólo los idealizados) es objeto de controversia y ahora (en 2009) no existe una única definición
aceptada de la potencia reactiva en los sistemas con transcursos no sinusoidales de tensión y
corriente, por no mencionar aquí los circuitos desequilibrados de tres fases. En la norma IEEE
(Organización Internacional de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) con el número 1459-2000 (del
año 2000) para los circuitos trifásicos no sinusoidales no se encuentra fórmula para la potencia
reactiva total, como las tres potencias básicas se menciona potencia activa, aparente y -atención-
inactiva denominada con la letra N. La potencia reactiva se limita sólo al componente fundamental
de corriente y tensión y se denomina Q1.
Dicha norma es el último documento de este tipo expedido por una organización reconocida
que debía ordenar las cuestiones relacionadas con la definición de la potencia. Esto era necesario
porque en el entorno científico desde hace muchos años había voces que las definiciones utilizadas
hasta entonces podían dar resultados erróneos. Las controversias estaban relacionadas
principalmente con la definición de la potencia reactiva y aparente (así como la potencia de
distorsión) en los circuitos de una y de tres fases de los transcursos no sinusoidales de tensiones
y corrientes.
En 1987, el profesor L. Czarnecki demostró que la definición de Budeanu de la potencia
reactiva ampliamente utilizada era errónea aunque la definición hasta hoy se enseña en muchas
escuelas técnicas. Esta definición fue presentada por primera vez por el profesor Budeanu en 1927
y tiene la siguiente forma:
donde Un y In son los armónicos de tensión y corriente de orden n, y
n el ángulo entre estas dos
componentes.
Ya que la introducción de este parámetro significaba que la conocida ecuación del triángulo de
potencia no se cumplía para los circuitos con formas de onda no sinusoidales, Budeanu introdujo
un nuevo parámetro llamado potencia de distorsión:
La potencia de distorsión era para representar en el sistema las potencias que aparecían
debido a la deformación de las ondas de tensión y corriente.
La potencia reactiva era desde hace años relacionada con las oscilaciones de la energía entre
la fuente y la carga. En la fórmula vemos que la potencia reactiva según la definición de Budeanu
es la suma de las potencias reactivas de los armónicos particulares. Debido al factor sin
las
componentes pueden ser positivas o negativas dependiendo del ángulo entre la tensión y la
corriente del armónico. Por lo tanto, es posible la situación cuando la potencia reactiva total QB será
cero en caso de armónicos distintos a cero. La observación de que en caso de las componentes
distintas a cero, la potencia reactiva total puede ser cero es la clave para un análisis más profundo,
que finalmente hizo posible demostrar que QB pueden darse en algunos casos unos resultados
muy sorprendentes. Los estudios ponen en tela de juicio la creencia general de que existe una
relación entre las oscilaciones de energía y la potencia reactiva definida por Budeanu QB. Se
pueden dar ejemplos de circuitos, donde a pesar de la existencia del carácter oscilatorio del curso
de la potencia instantánea, la potencia definida por Budeanu es cero. Durante años, los científicos
no eran capaces de relacionar ningún fenómeno físico con la potencia reactiva según esta
definición.
PQM-700 Manual de uso
49
Estas dudas sobre la exactitud de la definición de potencia, por supuesto, afectan a la potencia de
distorsión DB. Se comenzó a buscar una respuesta a la cuestión si la potencia de distorsión DB era
realmente una medida de deformación en ondas en los circuitos no sinusoidales. La distorsión es una
situación en la que la onda de tensión no puede ser "impuesta" a la onda de corriente con dos
operaciones: cambiando la amplitud y desplazándola en el tiempo. En otras palabras, si se cumple con la
siguiente condición:
entonces la tensión no es distorsionada respecto a la corriente. En el caso de la tensión sinusoidal y la
carga que es cualquier combinación de los elementos RLC, esta condición se cumple siempre (para la
onda sinusoidal, estos elementos mantienen linealidad). Sin embargo, cuando la tensión está
distorsionada, la carga RLC no asegura ya la falta de distorsión de corriente respecto a la tensión y ya no
es carga lineal, es necesario cumplir con ciertas condiciones adicionales (el módulo que cambia con la
frecuencia y la fase de impedancia de la carga).
Por lo tanto, ¿realmente la potencia DB es una medida de esta deformación? Por desgracia, en este
caso la teoría de la potencia según Budeanu también decepciona. Se ha demostrado que la potencia de
distorsión puede ser igual a cero cuando la tensión se distorsiona respecto a la forma de onda de corriente,
y viceversa, la potencia de distorsión puede ser distinta a cero en ausencia total de distorsión.
El aspecto práctico de la teoría de potencia respecto a la corrección del factor de potencia en los
sistemas con potencia reactiva, debía ser el factor que más gana con las definiciones correctas de
potencia reactiva. Fracasaron los intentos de compensación basándose en la potencia reactiva según
Budeanu y la potencia de distorsión asociada con ella. Estos conceptos no permitían siquiera el cálculo
correcto de la capacidad compensatoria que da el máximo factor de potencia. A veces incluso ocurría que
estos intentos terminaban con el empeoramiento adicional de este factor.
Se puede hacer la pregunta: ¿cómo es posible que la teoría de potencia definida por Budeanu se
hiciera tan popular? Puede haber varias razones. En primer lugar, es una costumbre de los ingenieros a
las antiguas definiciones y los planes de estudios en las escuelas sin cambios desde hace años. Este
factor es a menudo subestimado, pero como una excusa se puede recordar que esta teoría durante 60
años no fue anulada. En segundo lugar, en los años 20 del siglo pasado no había dispositivos de medición
que mostraran las componentes de armónicos de tensión y corriente, por lo que era difícil verificar las
teorías nuevas. En tercer lugar, las formas de onda distorsionadas de tensión y corriente (es decir, con
alto contenido de armónicos) es el resultado de una revolución en el sector de la electricidad, que
comenzó en la segunda mitad del siglo pasado. Ampliamente se comenzaron a utilizar tiristores,
rectificadores controlados, convertidores, etc. Todas estas actividades dieron lugar a muchas distorsiones
de la corriente en las redes de alimentación y por lo tanto, el aumento de distorsión armónica. Sólo
entonces se empezaron a notar fallos en la teoría de potencia definida por Budeanu. En cuarto lugar, los
investigadores relacionados con la industria energética eran conscientes del hecho de que las fábricas
invirtieron una fortuna en la infraestructura de medición (contadores de energía). Cualquier cambio en
este aspecto podía tener enormes implicaciones financieras.
Sin embargo, los lentos cambios en la conciencia de los ingenieros eléctricos empezaron a ser
visibles. A través de los años, con cada vez más comunes cargas no lineales y formas de onda muy
distorsionadas, ya no podían ser más toleradas las restricciones de las fórmulas aplicadas.
Un acontecimiento muy importante fue la publicación del año 2000 hecha por IEEE Standard 1459,
cuyo nombre es: "Términos para la medición de potencia eléctrica en condiciones sinusoidales, no
sinusoidales, equilibradas y desequilibradas". Por primera vez la potencia reactiva definida por Budeanu
estaba en el grupo de las definiciones no recomendadas, que no se debía utilizar en los medidores nuevos
de la potencia y energía reactiva. También muchas magnitudes se dividieron a estas relacionadas con la
componente fundamental de corriente y tensión (primer armónico) y los otros armónicos más altos. En la
mayoría de casos, se reconoce que la parte utilizable de la energía se transmite por las componentes de
50/60 Hz, con la participación menor y perjudicial de los armónicos más altos.
El estándar también introdujo un nuevo valor – potencia inactiva N, que representa todos las
componentes inactivas de la potencia:
La potencia reactiva es una de las componentes de la potencia inactiva N. En los sistemas
monofásicos con las formas de ondas sinusoidales de tensión y corriente, N es igual a Q, por lo que en
la potencia desactiva no hay otras componentes inactivas. En los circuitos trifásicos, esta propiedad sólo
6 Calidad de alimentación - manual
50
tienen las redes sinusoidales simétricas, con el receptor equilibrado puramente resistivo.
Las otras componentes de potencia inactiva están relacionadas con los fenómenos físicos concretos.
De acuerdo con una de las teorías de profesor Czarnecki que de mejor manera explica los fenómenos
físicos en los circuitos trifásicos, la ecuación de potencia en tales sistemas se puede escribir de la
siguiente forma:
Ds es el efecto de dispersión que se produce en el sistema, como resultado de los cambios en la
conductancia del receptor junto con el cambio de la frecuencia. Por lo tanto, la presencia de los elementos
reactivos en el receptor puede dar lugar a la potencia dispersada.
La potencia reactiva Q en esta ecuación se produce con el desplazamiento de fase entre los armónicos
de tensión y corriente.
Du es la potencia desequilibrada que es una medida de desequilibro del receptor trifásico. Esta
componente explica la situación en la que el receptor desequilibrado trifásico puramente resistivo resulta
en un factor de potencia menor que la unidad. Este receptor no tiene la potencia reactiva Q, sin embargo,
del triángulo de potencia S, P, Q resulta algo completamente diferente (la teoría de la potencia según
Budeanu con la potencia de distorsión tampoco puede explicar esta situación, en el receptor puramente
resistivo la potencia de distorsión DB es igual a cero).
El intento de unir el estándar IEEE 1459-2000 con la teoría de la potencia de Czarnecki lleva a la
conclusión de que la potencia inactiva esconde en si por lo menos tres fenómenos físicos independientes
que afectan a la reducción de la eficiencia de la transferencia de energía desde la fuente hasta el receptor,
lo que reduce el factor de potencia:
La potencia reactiva conocida como la letra Q en el estándar IEEE 1459-2000 se limita a la
componente fundamental y se aplica tanto a los sistemas monofásicos como trifásicos.
En los sistemas monofásicos:
En los sistemas trifásicos se tiene en cuenta sólo la componente de secuencia positiva a esta potencia:
Para que la potencia se mida correctamente se requiere la secuencia positiva de rotación de fases
(es decir, fase L2 retrasada 120 respecto a L1, fase L3 retrasada 240respecto a L1).
El concepto de la secuencia positiva se comentará más detalladamente al describir el equilibro.
El valor de potencia reactiva de la componente fundamental es la magnitud principal para estimar el
tamaño del condensador que mejora el factor DPF, es decir, el desplazamiento de la componente
fundamental de la tensión respecto a la misma componente de la corriente (es decir, el compensador de
la potencia reactiva del armónico fundamental).
6.4.3 Potencia reactiva y los sistemas de 3 conductores
La medición correcta de la potencia reactiva no es posible en los receptores desequilibrados
conectados por 3 conductores (sistemas tipo triángulo y estrella sin N). Esta afirmación puede sorprender
a muchos.
El receptor puede ser tratado como la "caja negra" con sólo tres terminales disponibles. No somos
capaces de determinar la estructura interna de este receptor. Para calcular la potencia reactiva es
necesario conocer el ángulo de desplazamiento de fase entre la tensión y la corriente en cada rama del
receptor. Por desgracia, no conocemos este ángulo. En el sistema del receptor tipo "triángulo" conocemos
las tensiones en las impedancias particulares pero no conocemos la corriente; en tales sistemas se miden
las tensiones entre las fases y las corrientes lineales. Cada corriente lineal es la suma de las dos
corrientes de fase. En los receptores tipo estrella sin N sabemos las corrientes que fluyen a través de la
impedancia, pero no sabemos las tensiones (cada una de las tensiones entre fases es la suma de dos
PQM-700 Manual de uso
51
tensiones de fase).
Hay que darse cuenta que con estas tensiones en terminales y con las corrientes que entran en esta
"caja negra" hay un número infinito de variaciones de la estructura interna del receptor, que nos darán los
mismos resultados de las mediciones de corrientes y tensiones visibles por fuera de esta caja negra.
¿Cómo es posible que existen los medidores de potencia reactiva están diseñados para medir en las
redes de tres conductores, y los analizadores de red que en estas condiciones permiten medir la energía
reactiva?
En ambos casos, los fabricantes recurren al truco, que se basa en la creación artificial del punto de
referencia (terminal neutro N virtual). Este punto se puede crear fácilmente conectando a los terminales
de nuestra "caja negra" el sistema de tres resistencias del mismo valor y unidas en forma de estrella. El
potencial del punto central del sistema de resistencias se utiliza para calcular las "tensiones de fase".
Obviamente se necesitan aquí las comillas porque este cero virtual permitirá los resultados bastante
correctos sólo cuando el desequilibrio del receptor sea mínimo. En todos los demás casos, la indicación
de la potencia reactiva de este dispositivo debe ser tratada con mucha desconfianza.
El instrumento de medición en ningún caso debe conducir al usuario al error, este tipo de
aproximación puede ser permitida solamente con la reserva expresa de que el valor mostrado no es el
resultado de la medición real, sino sólo una aproximación.
6.4.4 Potencia reactiva y contadores de energía reactiva
El contador de energía reactiva es un dispositivo desconocido para los usuarios particulares, sólo el
contador de energía activa que mide en Wh o kWh es comúnmente utilizado para hacer el ajuste de
cuentas con el proveedor de energía. Los usuarios domésticos se encuentran en una posición cómoda,
pagan sólo por la energía útil y no tienen que preguntarse cuál es el factor de potencia en su instalación.
Los destinatarios industriales, en cambio al primer grupo, están obligados por los contratos y a veces
bajo amenaza de sanciones económicas, mantener el factor de potencia en el nivel adecuado.
La norma EN 50160 menciona requisitos relativos a la calidad de la energía y determina los
parámetros de calidad que debe cumplir el proveedor de energía. Entre estos parámetros son, entre otros,
la frecuencia de red, la tensión RMS, la distorsión armónica total (THD) y los niveles permitidos de tensión
de armónicos individuales. Además de los requisitos en la norma EN 50160 a menudo aparece una
condición adicional: el proveedor no tiene que cumplir estos requisitos, si el consumidor de energía no
proporciona el factor tan
por debajo de un cierto umbral (el valor acordado que puede ser cambiado en
el acuerdo entre la energía del proveedor y del consumidor, por ejemplo 0,4) y/o excede el nivel acordado
de la energía activa consumida.
El factor tan
se lo define como la relación de la potencia reactiva calculada a la energía activa en un
período determinado. Si volvemos por un momento al triángulo de potencia en los sistemas sinusoidales
vemos que la tangente del ángulo de desplazamiento de fase entre la corriente y la tensión es igual a la
relación de la potencia reactiva Q y la potencia activa P. Por lo tanto, el criterio de mantener tan
por
debajo de 0,4 es nada más que la constatación de que el nivel máximo calculado de la potencia reactiva
no puede ser mayor a 0,4 del valor calculado de la energía activa. Cada consumo de potencia reactiva
por encima de este nivel está sujeto a un pago adicional.
¿El conocimiento del factor tan
calculado de esta forma da a ambas partes interesadas una imagen
real de la eficacia de transmisión de energía? ¿No se ha mencionado anteriormente que la potencia
reactiva es sólo uno de los componentes de la potencia inactiva que afectan a la reducción del factor de
potencia?
De hecho, parece que en lugar de tan
se debería usar el factor de potencia PF, que también tiene en
cuenta los otros factores.
La legislación actual, por desgracia, no da ninguna otra opción, por lo que la medición correcta de la
energía reactiva parece ser una cuestión clave. Ahora se debe plantear la cuestión: ¿los contadores de
energía proporcionan las lecturas correctas si se toman en cuentas las controversias descritas
anteriormente para definir la potencia reactiva? ¿Qué miden realmente los contadores de la potencia
reactiva usados comúnmente?
Las respuestas a estas preguntas se puede tratar de encontrar en la norma sobre estos contadores
IEC 62053-23. Por desgracia, a nuestra decepción, no encontramos en ella ninguna referencia a medidas
en las condiciones no sinusoidales, las fórmulas de cálculo se refieren a las situaciones sinusoidales (en
la norma leemos que por razones "prácticas" se refiere sólo a las ondas sinusoidales). La norma no
menciona ningún criterio de examen que permita estudiar las propiedades del contador con ondas
distorsionadas de tensiones y corrientes. También puede ser sorprendente que la norma más antigua IEC
61268 (ya retirada) definía la prueba para examinar la precisión de la medición en el 10% del tercer
armónico de corriente.
6 Calidad de alimentación - manual
52
La situación actual permite a los diseñadores de contadores la elección del método de medición, que,
desgraciadamente, conduce a diferencias significativas en la lectura de la energía reactiva en la presencia
de altos niveles de distorsión armónica.
Los contadores más antiguos, es decir electromecánicos, tienen la característica similar al filtro de
paso bajo, los armónicos más altos son atenuados en él por lo que la medición de la potencia reactiva en
presencia de armónicos es muy cercana al valor de la potencia reactiva de la componente fundamental.
Los contadores electrónicos cada vez más comunes pueden realizar mediciones con métodos
diferentes. Por ejemplo, se puede medir la potencia activa y la potencia aparente, y la potencia reactiva
se calcula del triángulo de potencia (raíz cuadrada de la suma de cuadrados de las dos potencias). De
hecho, según el estándar IEEE 1459-2000, estos contadores miden la potencia inactiva en lugar de la
potencia reactiva. Otro fabricante puede utilizar el método de desplazamiento de onda de tensión de 90,
lo que da un resultado similar a la potencia reactiva de la componente fundamental.
Cuanto mayor contenido de armónicos, tanto mayor será la diferencia en las lecturas, y, por supuesto,
como consecuencia habrá otros pagos por la energía calculada.
Como se ha indicado anteriormente, la medición de la potencia reactiva en sistemas desequilibrados
de tres conductos mediante los contadores tradicionales está sujeta a un error adicional debido al cero
virtual en el interior del contador que tiene poco en común con el cero real del receptor.
Además, los fabricantes generalmente no proporcionan ninguna información sobre el método de
medición aplicado.
Sólo se puede esperar con impaciencia a la siguiente versión de la norma, que -esperemos- definina
un método de medición mucho más preciso, así como el modo de prueba en las condiciones no
sinusoidales.
6.4.5 Contadores de energía reactiva de 4 cuadrantes
Se utiliza en muchas situaciones la división de la energía reactiva en cuatro componentes
separados, cada uno de los cuales se cuenta por separado. La división en cuadrantes se basa en
los signos de potencia activa y reactiva, como se muestra en la Fig. 18.
Fig. 18. La división del flujo de potencia y energía de cuatro cuadrantes.
el cuadrante I (marcado "L+"): la potencia activa es positiva (consumo de energía activa),
la potencia reactiva es positiva (consumo de potencia reactiva). En tales condiciones, la
naturaleza de la carga es inductiva.
el cuadrante II (marcado "C-"): la potencia activa es negativa (devolución de energía
activa), la potencia reactiva es positiva (consumo de potencia reactiva). La naturaleza de
la carga es capacitiva.
el cuadrante OII (marcado "L-"): la potencia activa es negativa (devolución de energía
activa), la potencia reactiva es negativa (devolución de potencia reactiva). En tales
condiciones, la naturaleza de la carga es inductiva.
PQM-700 Manual de uso
53
el cuadrante IV (marcado "C+"): la potencia activa es positiva (consumo de energía activa),
la potencia reactiva es negativa (devolución de potencia reactiva). La naturaleza de la carga
es capacitiva.
Los signos más y menos en los cuadrantes muestran el signo de la potencia activa.
Esta división permite construir contadores de energía reactiva que aumentan su estado sólo
cuando el flujo de energía se lleva a cabo en el cuadrante dado. Esto también significa que en el
momento dado sólo uno de los contadores puede aumentar su estado.
En un caso típico de proporcionar la energía al receptor, el trabajo se celebra en dos
cuadrantes: I (L+) y IV (C+). En estos dos cuadrantes también se monitoriza el tangente (en
condiciones polacas) para los receptores conectados a la red de tensión media y alta. Los
coeficientes de cuatro cuadrantes tg se determinan sobre la base del consumo registrado de las
energías correspondientes:
Si se utiliza la convención de que todos los contadores de energía tienen el signo positivo, los
valores calculados de las tangentes se complementan con el signo que resulta de los signos de
potencia activa y reactiva en el cuadrante dado. Por lo tanto, el signo tan(L+) es siempre positivo
y, en caso tan(C+) es siempre negativo.
Los valores calculados de las tangentes pueden ser la base para calcular las sanciones por
consumo de energía reactiva por encima de esta norma. En caso del cuadrante I (L+), el límite
típico por encima del cual se pagan sanciones es 0,4. En caso del cuadrante IV (C+) a menudo
cualquier consumo de potencia reactiva es la base para el cálculo de las sanciones. Por esta razón,
lo más rentable (desde el punto de vista del receptor) es trabajar en el primer cuadrante (L+) en el
rango tan(L+) entre 0 y 0,4.
6.4.6 Potencia aparente
La potencia aparente S se expresa como el producto del valor eficaz de la tensión y corriente:
Como la potencia aparente no tiene la interpretación física, sin embargo, se utiliza en el diseño
de los equipos de transmisión. Su valor es igual a la potencia activa máxima que puede ser
suministrada para la carga con estos valores eficaces de tensión y corriente. Por lo tanto, la
potencia aparente determina la capacidad máxima de la fuente para proporcionar la energía útil al
receptor.
La medida de eficiencia de la potencia suministrada por el receptor es el factor de potencia, que es
la relación de la potencia activa a la potencia aparente.
En los sistemas sinusoidales:
En los sistemas no sinusoidales tal simplificación no es aceptable y el factor de potencia se
calcula basándose en la relación real de la potencia activa y aparente:
6 Calidad de alimentación - manual
54
En las redes de una sola fase la potencia aparente se calcula como se muestra en la fórmula
anterior y no hay aquí más sorpresas. Resulta, sin embargo, que en los sistemas trifásicos el
cálculo de esta potencia es igualmente difícil como en caso de la potencia reactiva. Por supuesto,
esto se aplica a las redes reales de formas de onda no sinusoidales, que también pueden ser
desequilibradas.
Los estudios han demostrado que el uso de esta fórmula puede dar resultados erróneos si la
red no está equilibrada. Dado que la potencia aparente no tiene una interpretación física, resulta
difícil determinar cuál de las definiciones propuestas de la potencia aparente es la más adecuada.
Sin embargo, se han intentado definir la potencia aparente basándose en la observación de que
esta potencia está estrechamente relacionada con las pérdidas de transmisión y el factor de
potencia. Conociendo las pérdidas de transmisión y el factor de potencia se puede determinar
indirectamente la definición correcta de la potencia aparente.
Las definiciones utilizadas hasta ahora son, entre otras, la potencia aparente aritmética y
geométrica. Los estudios realizados han demostrado, que la definición aritmética ni geométrica dan
el valor correcto del factor de potencia. La única definición fiable propuso en 1922 el físico alemán
F. Buchholz:
Se basa en los valores efectivos de tensión y corriente, y la misma potencia se llama la potencia
aparente efectiva (por esta razón para los sistemas trifásicos se añade el signo "e"). Estos valores
efectivos de tensión y corriente son los valores teóricos que representan las tensiones y las
corrientes en un sistema trifásico de energía equilibrada equivalente. La cuestión clave es
determinar Ue e Ie.
La norma IEEE 1459 menciona las siguientes fórmulas. En las redes de tres conductores:
En las redes de cuatro conductores:
donde Ia, Ib, Ic son los valores eficaces de corrientes (lineares o fásicas) de las fases
particulares, In es el valor eficaz de la corriente del conductor neutro, Ua, Ub, Uc son los valores
eficaces de las tensiones fásicas, Uab, Ubc, Uca son los valores eficaces de las tensiones entre
fases.
El valor contado de esta forma Se tiene en cuenta tanto la pérdida de potencia en el conductor
neutro (en las redes de cuatro conductores), así como el impacto del desequilibrio.
PQM-700 Manual de uso
55
6.4.7 Potencias de distorsión DB y la potencia eficaz aparente de la distorsión SeN
Durante el examen de la potencia reactiva se ha demostrado que la potencia de distorsión
definida por Budeanu no se puede utilizar en caso de grandes distorsiones de tensiones y
corrientes y la asimetría de los sistemas de tres fases (paradoja de la potencia de distorsión que
no es una medida de la distorsión real). Sin embargo, esta potencia es usada a menudo por los
profesionales que se dedican al análisis de la calidad de la energía y los fabricantes de sistemas
de compensación de la potencia reactiva.
Debe quedar claro que basarse en este parámetro daba relativamente buenos resultados sólo en
las condiciones de ligeras distorsiones de formas de onda y poca asimetría.
El estándar IEEE 1459-2000 menciona que esta definición de potencia, igual que en caso de
la potencia reactiva definida por Budeanu, está cargada con un fallo indeleble y se recomienda su
retirada completa del uso.
En lugar de la potencia DB se propone la potencia aparente de distorsión SeN que caracteriza mejor
la potencia total de distorsión en el sistema. La potencia SeN permite evaluar rápidamente si la
carga se utiliza en la distorsión armónica pequeña o grande, es también la base para la estimación
de los filtros estáticos o activos y los compensadores.
De acuerdo con la definición (para sistemas trifásicos):
donde:
La tensión y la corriente eficaces de la componente fundamental (respectivamente Ie1 y Ue1) se
calcula como Ie y Ue excepto que en lugar de los valores eficaces de las tensiones de fase o entre
fases y los valores eficaces de las corrientes lineales se sustituyen los valores eficaces de sus
componentes fundamentales.
En los sistemas de una sola fase para el cálculo de la potencia aparente de distorsión se puede
utilizar la fórmula más sencilla:
donde U1 y I1 son los valores eficaces de las componentes fundamentales de la tensión de fase y
de la corriente.
6.4.8 Factor de potencia
El factor de potencia real, es decir, que tiene en cuenta la presencia de armónicos más altos
se llama simplemente el factor de potencia (en inglés True Power Factor, TPF o PF). Para los
circuitos sinusoidales se equipara con el llamado factor de potencia de desplazamiento de fase,
que es popular cos (en inglés Displacement Power Factor, DPF).
Por lo tanto, el DPF es una medida de desplazamiento de fase entre las componentes
fundamentales de tensión y corriente:
En el caso de una carga puramente resistiva (en red monofásica), la potencia aparente es igual
al valor de la potencia activa y la potencia reactiva es igual a cero, por lo que la carga aprovecha
completamente el potencial energético de la fuente y el factor de potencia es 1. La aparición de la
componente reactiva inevitablemente conduce a una disminución en la eficiencia de transmisión
de energía, la potencia activa es entonces más pequeña que la potencia aparente y la potencia
6 Calidad de alimentación - manual
56
reactiva aumenta.
En los sistemas trifásicos, la reducción del factor de potencia también afecta el desequilibrio
del receptor (ver la discusión sobre la potencia reactiva). En estos sistemas, el valor correcto del
factor de potencia se obtiene utilizando la potencia eficaz aparente Se, que se define en el estándar
IEEE 1459-2000.
6.5 Armónicos
La división de los ciclos periódicos en las componentes armónicas es una operación
matemática muy popular basada en la teoría de Fourier, que dice que cada ciclo periódico puede
ser representado como la suma de las componentes sinusoidales con frecuencias que son los
múltiplos totales de la frecuencia fundamental de tal ciclo. El período puede ser sometido a la
transformada rápida de Fourier (FFT), que como resultado da las amplitudes y las fases de las
componentes armónicas en el sector de la frecuencia.
En una situación ideal, se genera tensión en el generador que proporciona en su salida la forma
de onda sinusoidal pura 50/60 Hz (sin armónicos más altos). Si el receptor es un sistema lineal,
entonces también la corriente en tal situación ideal es un curso sinusoidal puro. En los sistemas
reales, tanto las ondas de tensión como de corriente se distorsionan, por lo que deben contener,
aparte de la componente fundamental, también los armónicos más altos.
¿Por qué la presencia de armónicos más altos en la red no es deseable?
Una de las razones es el efecto, que consiste en empujar los electrones desde el centro del
conductor hacia fuera junto con el aumento de la frecuencia de corriente. Como resultado, cuanto
mayor es la frecuencia tanto menor sección transversal del conductor tienen los electrones a
disposición lo que es equivalente al aumento de la resistencia. En efecto de este fenómeno, cuanto
más alto el orden del armónico de corriente, tanto mayor resistencia efectiva del cableado para
este armónico, lo que a su vez conduce inevitablemente a mayores pérdidas de potencia y el
calentamiento de los cables.
Un ejemplo clásico de este efecto se refiere al conductor neutro en las redes trifásicas. En la
red con pocas distorsiones con un desequilibrio pequeño y un receptor simétrico (o poca asimetría),
la corriente en el conductor neutro tiende a ponerse a cero (la corriente es bastante más pequeña
que los valores de las corrientes de fase eficaces). Esta observación ha tentado a muchos
diseñadores a los ahorros mediante la instalación en tales sistemas del cableado con neutro con
una sección transversal más pequeña que los conductores de fase. Todo funcionaba muy bien
hasta que en la red aparecieron los armónicos de los ordenes impares que eran múltiplos de 3
(tercero, noveno, etc). De repente el conductor neutro empezaba a recalentarse y la medición de
la corriente mostraba su muy alto valor eficaz. La explicación de este fenómeno es bastante simple.
El diseñador no tuvo en cuenta en el ejemplo anterior dos circunstancias: en las redes con formas
de onda distorsionadas, los armónicos más altos pueden no ponerse a cero en el conductor neutral,
en cambio, pueden sumarse, y, en segundo lugar el efecto de empujar los electrones desde el
centro del conductor hacia fuera y los valores altos de las corrientes armónicas aumentaban aún
más su calentamiento.
Vamos a tratar de responder a dos preguntas básicas:
¿Por qué aparecen las componentes armónicas en la tensión?
¿Por qué aparecen las componentes armónicas en la corriente?
Al parecer, estas dos preguntas son casi idénticas, pero es muy importante tratar por separado
la tensión y la corriente.
La respuesta a la primera pregunta es: los armónicos de tensión son el resultado de impedancia
de la red de distribución distinta a cero entre el generador (que genera una sinusoide pura) y el
receptor.
Sin embargo, los armónicos de corriente son el resultado de la impedancia no lineal del
receptor. Por supuesto, hay que señalar que el receptor lineal alimentado con la tensión
distorsionada se distorsiona como la onda de corriente.
En la literatura a menudo se afirma que "el receptor genera los armónicos". Hay que tener en
cuenta que en este caso el receptor no es la fuente física de energía (como sugiere la palabra
"genera"). La única fuente de energía es el sistema de distribución. Si el receptor es un dispositivo
PQM-700 Manual de uso
57
pasivo, la energía transferida del receptor al sistema de distribución viene del mismo sistema de
distribución. Estamos tratando con el flujo bidireccional negativo e inútil de energía. Como ya se
discutió con ocasión del factor de potencia, este fenómeno conduce a la pérdida innecesaria de
energía, y la corriente "generada" en el receptor provoca una carga adicional en el sistema de
distribución.
Vamos a analizar el siguiente ejemplo. El típico receptor no lineal, como la fuente conmutada
de uso común (p.ej. de ordenador), recibe energía del generador de tensión sinusoidal ideal. Por
ahora, vamos a suponer que la impedancia de conexiones entre el generador y el receptor es cero.
La tensión medida en los terminales del receptor tiene una onda sinusoidal (no hay armónicos más
altos), esta es simplemente la tensión del generador. Sin embargo, la onda de la corriente del
receptor incluirá las componentes armónicas, el receptor no lineal a menudo consume la corriente
sólo en ciertos momentos de toda la sinusoide (p.ej. la corriente máxima puede tener lugar cerca
del pico de la sinusoide de tensión).
Sin embargo, el receptor no genera los armónicos de corriente, sólo consume la corriente de
forma alterna o no continua. Toda la energía es suministrada sólo por el generador.
En el siguiente paso se puede modificar el circuito introduciendo entre el generador y el receptor la
impedancia, que representa la resistencia de cables, bobinas de transformadores, etc.
Las mediciones de los armónicos de tensión y corriente de receptor darán resultados
ligeramente diferentes. ¿Qué va a cambiar? Habrá unos pequeños armónicos de tensión y también
algunos cambios en el espectro de frecuencia de corriente.
Cuando se analiza la onda de tensión, en el receptor se puede notar que la onda sinusoidal
original se distorsionó un poco. Si el receptor cogía la corriente principalmente en momentos de
cresta de tensión, entonces tendrá los picos planos. El alto consumo de corriente en estos
momentos de tensión resulta en una mayor disminución de la impedancia de red. Parte de una
onda sinusoidal perfecta se centra ahora en esta impedancia. Hay un cambio en el espectro de
corriente debido a la onda de tensión ligeramente diferente que suministra el receptor.
Este ejemplo y "los picos planos" de la sinusoide de tensión es una imagen muy frecuente en
las redes típicas a las que se conectan comúnmente las fuentes de alimentación en modo
conmutado.
6.5.1 Característica de los armónicos en sistemas trifásicos
Los armónicos del orden especificado en los sistemas trifásicos tienen una característica
especial, que se presenta a continuación en la tabla:
Orden
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Frecuencia [Hz]
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Secuencia
(+ positiva,
- negativa,
0 cero)
+
–
0
+
–
0
+
–
0
La fila "Secuencia" se refiere al método de componentes simétricas, que permite la distribución
de cualquiera de los tres vectores en los tres conjuntos de vectores: en la secuencia positiva,
negativa y cero (más información en la sección dedicada al desequilibrio).
Presentamos un ejemplo. Supongamos que el motor trifásico suministrado de una red
equilibrada de cuatro conductores (es decir, las tensiones eficaces de fase son iguales, y los
ángulos entre las componentes fundamentales son de 120).
El signo "+" en la fila de la secuencia para el primer armónico indica la dirección normal de
rotación del eje de motor. Los armónicos de tensión, para los que el signo también es un "+", crean
el par rotativo acorde a la dirección de la componente fundamental. Los armónicos de las filas 2,
5, 8, 11 son los armónicos de la secuencia negativa, es decir, crean el par rotativo que contrarresta
la dirección normal de rotación del motor, lo que puede provocar la acumulación de calor, el
desperdicio de energía y la pérdida de productividad. El último grupo son los armónicos de la
secuencia cero, tal como el armónico tercero, sexto y noveno, que no generan ningún par rotativo
pero fluyendo a través del devanado de motor causan un calentamiento adicional.
A base en estos datos de la tabla se puede observar que la secuencia +, -, 0 se repite para
6 Calidad de alimentación - manual
58
todas las filas sucesivas de los armónicos. La fórmula que une el tipo de secuencia con el orden
es muy simple y para k que es un número entero:
Secuencia
Orden del armónico de secuencia
positiva "+"
3k +1
negativa "-"
3k – 1
cero "0"
3k
Los armónicos de ordenes pares no aparecen cuando el transcurso es simétrico respecto a la
línea de su valor medio, y esta propiedad tienen los transcursos en la mayoría de los sistemas de
alimentación. En una situación típica, los niveles medidos de armónicos de ordenes pares tienen
el valor mínimo. Si tenemos en cuenta esta propiedad, resulta que el grupo de armónicos con las
características menos deseables es el tercero, noveno, décimo, decimoquinto (secuencia cero) y
el quinto, undécimo, decimoséptimo (secuencia negativa).
Los armónicos de corriente que son los múltiplos del número 3 causan unos problemas
adicionales en algunos sistemas. En los sistemas de 4 conductores tienen propiedades muy
indeseables cuando se suman en el conductor neutro. Resulta que a diferencia de armónicos de
otros ordenes, la suma de los valores instantáneos de las corrientes de fase es cero, las ondas de
estos armónicos son en fase conforme entre sí, lo que resulta en la adición de las corrientes de
fase de este armónico en el conductor neutro. Esto podría sobrecalentar el cable (sobre todo en
los sistemas de distribución, con una sección más pequeña de este conductor que los conductores
de fase, y hasta hace poco esto era una práctica común). Por lo tanto, en redes con cargas no
lineales y grandes distorsiones de corriente actualmente se recomienda que la sección del cable
neutro sea más grande que de los conductores de fase.
En los sistemas tipo triángulo, los armónicos de estos ordenes no están presentes en las corrientes
lineales (excepto en los sistemas equilibrados), pero circulan en las ramas de la carga causando
innecesariamente la pérdida de energía.
El carácter de los armónicos particulares como se muestra en la tabla mantiene su precisión
total sólo en los sistemas trifásicos equilibrados. Sólo en tales sistemas, el armónico fundamental
tiene sólo el carácter de secuencia compatible. En los sistemas reales en los que existe un cierto
grado de asimetría de tensión de alimentación y el desequilibrio de carga, hay componentes de
secuencia negativa y cero. La medida de este desequilibrio son los factores de asimetría.
Precisamente a causa de esta asimetría de la componente fundamental, y también las diferencias
en las amplitudes y fases de los armónicos altos en cada fase, también estos armónicos tendrán
las secuencia positiva, negativa y cero. Cuanto mayor es el desequilibrio, tanto mayor es el
contenido de las otras componentes armónicas.
6.5.2 Factor THD
El factor de distorsión armónica THD (en inglés Total Harmonic Distortion) es el indicador más
común de distorsión de ondas. En la práctica, se usan dos tipos de este factor:
THDF (THD-F o simplemente THD) – factor de distorsión armónica respecto a la componente
fundamental de onda (en inglés fundamental),
THDR (THD-R) – factor de distorsión armónica respecto al valor eficaz (RMS) de onda.
En ambos casos, el THD se expresa como un porcentaje. Aquí están las definiciones:
donde: Ah – valor eficaz del armónico de orden h,
A1 – valor eficaz de componente fundamental,
ARMS – valor eficaz de onda.
PQM-700 Manual de uso
59
Limitar el número de armónicos durante el cálculo de THD se debe principalmente a las
limitaciones del equipo de medición. Dado que el analizador PQM-700 permite medir los armónicos
hasta el 40º orden, el cálculo de THD incluye los armónicos hasta el 40º orden.
Hay que recordar que estas dos definiciones darán los valores significativamente diferentes en
caso de las ondas muy distorsionadas. THDR no puede exceder el valor del 100%, en cambio THDF
no tiene tal límite y puede tener el valor del 200% o más alto. Este caso se puede ver en la medición
de corriente muy distorsionada. La distorsión armónica de tensión normalmente no excede un
pequeño porcentaje (tanto THDF como THDR); por ejemplo la norma EN 50160 establece el límite
del 8% (THDF).
6.5.3 Distorsión en demanda TDD
El factor de distorsión de demanda TDD (en inglés Total Demand Distortion) es un indicador
que representa el nivel del valor eficaz de las corrientes armónicas más altas respecto a la corriente
máxima demandada (en inglés Demand Current). Procede del factor THD y su valor se expresa
por la fórmula:
donde: Ih – valor eficaz del armónico de orden h,
IL – corriente demandada.
Comparando la fórmula anterior con la fórmula para las corrientes de THD se puede ver que
se diferencian sólo por el valor del denominador. El contador se mantiene sin cambios y representa
el valor eficaz de armónicos más altos.
La corriente demandada IL es el valor medio máximo de la componente fundamental de
corriente que se registra durante la observación. Como el período de observación por lo general se
toma una semana o un mes.
Para explicar la diferencia entre THD y TDD vamos a utilizar un ejemplo. Se supone que la
componente fundamental de la corriente en el circuito se cambia entre 1000 A y 10 A. La
deformación de la forma de onda de corriente es más o menos en el mismo nivel en todo el rango
de variación de la componente fundamental y tiene un nivel resultante del factor THD-F aprox. 50%.
Si generamos un gráfico de cambios del factor THD en el tiempo, recibimos más o menos un valor
constante de 50% en todo el intervalo de tiempo. Debemos tener en cuenta que a pesar de que en
el intervalo analizado la componente fundamental ha cambiado 100 veces, sobre la base del gráfico
del THD no se puede sacar ninguna conclusión acerca de las pérdidas de energía en el circuito
resultantes del flujo de armónicos. Si generáramos un gráfico similar del factor TDD, sería similar
al gráfico de la componente fundamental: los valores máximos del TDD alcanzarían el 50%, y los
valores mínimos aprox. 0,5%. Por lo tanto, TDD refleja mejor los cambios del valor eficaz de
armónicos más altos, si la corriente alcanza el valor máximo, el valor TDD es similar a THD, sin
embargo, si el valor de corriente en el circuito disminuye, también disminuye el factor TDD.
Para calcular el factor TDD se requiere determinar antes o calcular la corriente IL. Los analizadores
PQM proporcionan dos métodos posibles:
automático - la corriente IL se determina por la aplicación como el valor medio máximo
registrado de la componente fundamental de la corriente (en todo el intervalo de registro
entre todos los canales de corriente medidos). El analizador, después de activar el
registro TDD registra automáticamente los parámetros necesarios para el cálculo de este
valor,
manual – la corriente IL es proporcionada por el usuario (en la aplicación, en el análisis de
datos). Los valores TDD se calculan en base al valor introducido.
6 Calidad de alimentación - manual
60
6.6 Desequilibrio
El desequilibrio es un concepto relacionado con los sistemas trifásicos y puede referirse a:
desequilibrio de tensiones de alimentación,
desequilibrio de corrientes de carga,
desequilibrio de receptor.
El desequilibrio de tensiones (corrientes) se produce en los sistemas de tres fases, cuando los
valores de tensiones (corrientes) son diferentes entre sí y/o los ángulos entre las fases particulares
son diferentes de 120.
El desequilibrio de receptor se produce cuando las impedancias de cada rama del receptor no
son iguales.
Estos fenómenos son particularmente peligrosos para los motores trifásicos en los que incluso
una ligera asimetría puede conducir muchas veces a mayores desequilibrios de corrientes. En tales
condiciones, el par rotativo de motor se reduce y se producen mayores pérdidas de calor en los
devanados y mayor desgaste mecánico. El desequilibrio es también negativo para los
transformadores de alimentación.
La fuente más común de desequilibrio es la carga desigual de las fases particulares. Un buen
ejemplo es la conexión a la red trifásica unas grandes cargas monofásicas, tales como motores de
tracción ferroviaria.
El analizador PQM-700 puede medir el desequilibrio de tensión y corriente según el método de
componentes simétricas. Este método se basa en la suposición de que cada conjunto de tres
vectores desequilibrados se puede descomponer en tres grupos de vectores: la componente de
secuencia positiva, negativa y cero.
Fig. 19. Ejemplo de determinación de componente de secuencia positiva.
Como ejemplo se muestra el cálculo de componente de secuencia positiva de tensión. De
definición:
donde: U+ es el vector de componente de secuencia positiva,
U1A, U1B, U1C son vectores de las componentes fundamentales de las tensiones de fase UA,
UB, UC
La Fig. 19 es una representación gráfica de la determinación de esta componente. Como se
puede ver en la definición dada, el vector de componente de secuencia positiva es igual a un tercio
de la suma de las componentes: U1A, aU1B, a2 U1C. El operador a y a2 son los vectores con ángulos
PQM-700 Manual de uso
61
de 120 y 240. El procedimiento es el siguiente: vector de tensión U1B se debe girar 120 en sentido
contrario al de las agujas del reloj (multiplicación por a) y añadir el vector U1A. A continuación, el
vector U1C se debe girar 240 y añadir a la suma anterior de vectores. E vector resultante es 3U+.
El vector U+ es la componente simétrica buscada de la secuencia positiva. Debemos tener en
cuenta que en caso de la simetría perfecta (tensiones y ángulos iguales) la componente de
secuencia positiva será igual al valor de las tensiones de fase.
La componente de secuencia positiva es una medida de similitud entre el grupo examinado de
vectores trifásicos al grupo simétrico de vectores de la secuencia positiva.
Del mismo modo, la componente de secuencia negativa es una medida de la similitud con el
conjunto equilibrado de los vectores de secuencia negativa de tres fases.
La componente de secuencia cero existe en el sistema, en el que la suma de las tres tensiones
(o corrientes) no es igual a cero.
La magnitud ampliamente utilizada en la energética que caracteriza la asimetría de red son los
factores de asimetría de la componente de secuencia negativa y cero (fórmulas para la tensión)
donde: u0 – factor de desequilibrio de componente cero,
u2 – factor de desequilibrio de componente de secuencia negativa,
U0 – componente simétrica cero,
U1 – componente simétrica positiva,
U2 – componente simétrica negativa.
El método más conveniente para calcular las componentes simétricas y los factores de
desequilibrio es el uso de los números complejos. Los parámetros de vectores son: amplitud de la
componente fundamental de tensión (corriente) y su ángulo absoluto de desplazamiento de fase.
Ambos valores se obtienen de la transformada FFT.
6.7 Huecos, subidas e interrupciones de tensión u
Huecos, subidas e interrupciones de tensión son las perturbaciones de la red, durante estos
eventos la tensión eficaz es significativamente diferente del valor nominal. Cada uno de estos tres
estados puede ser detectado por el analizador después de activar la detección de eventos y
determinar los umbrales por parte de usuario.
El hueco de tensión es un estado en el que la tensión eficaz es menor que el umbral fijado por
el usuario. La base de la medición del hueco es el valor URMS(1/2), es decir, el valor eficaz periódico
actualizado cada semiperíodo.
Definición de hueco (según la norma IEC 61000-4-30):
El hueco de tensión comienza en el momento en el que la tensión URMS(1/2), cae por debajo del
umbral y termina en el momento en el que el valor eficaz de tensión URMS(1/2) es igual o mayor que
el umbral del hueco aumentado por la histéresis de tensión.
El umbral de hueco se ajusta normalmente al 90% Unom. Durante el hueco, el analizador
almacena el valor registrado mínimo de la tensión (este valor es llamado la tensión residual Ures y
es uno de los parámetros que caracterizan el hueco) y el valor medio de tensión.
La interrupción de alimentación es un estado en el que la tensión URMS(1/2) es menor que el
umbral definido para la interrupción. El umbral de interrupción se fija generalmente mucho menor
que el umbral de hueco, es alrededor de 1..10% Unom.
La interrupción de tensión comienza en el momento en el que la tensión URMS(1/2) cae por debajo
del umbral de interrupción y termina en el momento en el que el valor eficaz de tensión URMS(1/2) es
igual o mayor que el umbral de interrupción aumentado por la histéresis de tensión.
Durante la interrupción, el analizador guarda la tensión mínima registrada y el valor medio de
tensión.
6 Calidad de alimentación - manual
62
Fig. 20. Subidas, huecos e interrupciones de tensión.
La subida es un estado del
valor más alto de tensión. El
umbral de subida se fija
generalmente a un 110% Unom.
La subida comienza en el
momento en el que la tensión
URMS(1/2) sube por encima del
umbral de subida y termina en el
momento en que el valor de
tensión URMS(1/2) es igual o menor
que el umbral de elevación
disminuido por la histéresis de
tensión. Durante la subida, el
analizador guarda la tensión
máxima registrada y el valor
medio de tensión.
La histéresis para los tres
estados es la misma y se
expresa como el valor en
porcentaje de la tensión nominal
determinado por el usuario (parámetro Histéresis de detección de eventos).
El analizador almacena la hora de inicio y final del evento (con una precisión de semiperíodo).
La duración mínima del evento de hueco, interrupción y subida es el semiperíodo.
Los valores URMS(1/2) se determinan durante 1 período en el momento del paso por cero de la
componente fundamental de tensión y son actualizados cada medio ciclo independientemente para
cada canal de tensión. Esto significa que estos valores se obtienen en diferentes momentos para
diferentes canales. Fig. 21 muestra el método para determinar el valor RMS1/2 usando el ejemplo
de dos fases de tensión. Información sobre el paso por cero de la componente fundamental se
obtiene mediante FFT.
Fig. 21. Determinación del valor URMS(1/2)
umbral de hueco
valor eficaz de
semiperíodo (RMS1/2)
valor máximo de
subida
histéresis
histéresis
histéresis
subida
umbral de subida
valor nominal de tensión
hueco
Fase A
Fase B
umbral de interrupción
valor mínimo de hueco e interrupción
interrupción
PQM-700 Manual de uso
63
6.8 Curvas CBEMA y ANSI
La curva CBEMA fue propuesta por primera vez en los años 70 del siglo pasado por la
organización de la que proviene el nombre de la curva, Computer and Business Equipment
Manufacturers Association (ahora es la organización ITI, Information Technology Industry), que
agrupa a los fabricantes de equipos informáticos y de oficina. La curva se utilizó como una
indicación en la construcción de alimentadores de red y presentaba originalmente el gráfico de
tolerancia de equipo para el tamaño y la duración de las perturbaciones en la red eléctrica. Más
tarde, la curva era utilizada en el diseño de equipos sensibles a las fluctuaciones de tensión como
el intervalo de referencia en el que el equipo debe funcionar correctamente. Finalmente la curva
comenzó a ser ampliamente utilizada en el análisis de la calidad de alimentación respecto a las
perturbaciones como sobretensión, interrupción y hueco en la red.
En el gráfico, en el eje vertical se muestra la tensión especificada como un porcentaje respecto
al valor nominal, y en el eje horizontal la unidad es el tiempo (en escala logarítmica). La parte media
del gráfico (entre las curvas) representa el área del trabajo correcto del dispositivo. La zona superior
establece los estados de tensión más alta que pueden causar daños o disparo de protección contra
la sobretensión, el área debajo de las curvas se refiere a la situación de baja tensión en la red, lo
que podría interrumpir el suministro de energía o la escasez temporal de energía e influir en un
funcionamiento incorrecto del equipo.
Fig. 22. Curvas de tolerancia de tensión de alimentación ANSI (ITIC) y CBEMA.
Como muestra el gráfico, existe una relación entre la tensión y el tiempo de aparición del
evento. Por ejemplo, la subida de tensión a nivel del 200%Unom y la duración de 1 ms en los casos
típicos no da lugar a fallo o mal funcionamiento (punto entre las curvas), pero la perturbación de
esta amplitud que dura medio período de la red puede tener malas consecuencias (punto por
encima de ambas curvas). En general se considera que en una situación típica, los eventos que se
producen en la red eléctrica cuando se trata del valor de la tensión de red deben estar en la zona
central de la tabla (entre las curvas) y entonces no deberían conducir a fallos de funcionamiento o
daños de dispositivos conectados. Los fabricantes de dispositivos (especialmente las fuentes de
Tensión
%Unom
Tiempo
6 Calidad de alimentación - manual
64
alimentación) a menudo se guían por este gráfico cuando diseñan para garantizar su
funcionamiento sin averías y el mantenimiento de la tensión de salida adecuada en esta área. Hay
que tener en cuenta, que la curva representa los casos típicos y no puede garantizar el
funcionamiento correcto de cada dispositivo, ya que la tolerancia a la perturbación varía.
La curva ITIC es el sucesor del la curva CBEMA, fue desarrollada por ITI en 1994 y modificada
posteriormente a su forma actual en 2000. Esta curva fue adaptada por el Instituto Americano de
Normalización ANSI (en inglés American National Standards Institute). Las dos curvas se muestran
en la Fig. 22.
El programa Sonel Analysis posibilita modificar los puntos característicos de las curvas, lo que
permite que se adapten a las necesidades específicas del usuario.
6.9 Cálculo de la media de los resultados de las mediciones
La supervisión de red durante un período de tiempo más largo significa la acumulación de
grandes cantidades de datos. Para que sea posible el análisis de datos era necesario introducir
mecanismos que reduzcan el tamaño de los datos a un tamaño aceptable tanto para la máquina
como el hombre.
Un ejemplo es el examen de la red para el cumplimiento de la calidad eléctrica EN 50160. El
período básico de pruebas de la red es de una semana. Si guardamos todos los valores eficaces
de tensión de 200 milisegundos obtenemos 3.024.000 mediciones. El procesamiento de esta
cantidad de datos puede ser largo y difícil.
Por lo tanto, se promedian los datos, lo que implica que para el análisis se registra un único
valor para un período de tiempo especificado. Para la norma EN 50160 el período establecido es
de 10 minutos. En este caso, el analizador calcula el valor medio de 10 minutos basándose en
unos 3000 valores de 200 milisegundos (aproximadamente, ya que el valor de 200 milisegundos
es en realidad el valor de 10/12 períodos sincronizado con la frecuencia de red). Cada 10 minutos
se almacena el siguiente valor medio de tensión, lo que conduce a guardar "sólo" 1008 resultados
de medición.
En la Fig. 23 se muestra cómo el analizador PQM-700 determina el valor medio para los
tiempos mayores o iguales a 10 segundos, se presenta un ejemplo de tiempo de cálculo de media
durante 10 minutos. Este método cumple con los requisitos para la clase S de la norma IEC 61000-
4-30.
Fig. 23. Determinación de períodos del cálculo de media más largos (o iguales) a 10
segundos (por ejemplo para 10 minutos)
RTC
(reloj de tiempo real)
siguiente intervalo completo de
10 minutos p. ej. 14:10:00++
etiqueta de tiempo
de xº intervelo
de 10 minutos
intervalo de 10 minutos (x)
intervalo de 10 minutos (x+1)
10/12
períodos
10/12
períodos
10/12
períodos
10/12
períodos
10/12
períodos
PQM-700 Manual de uso
65
Los valores medios se sincronizan con el reloj en tiempo real de la siguiente manera. Cuando
el reloj mide el siguiente múltiplo entero del período para el cálculo de la media, la medición actual
de 10/12 períodos se añade como la última medición para el valor medio (kª medición en la Fig.
23). Al mismo tiempo el período para el cálculo de la media que acaba de terminar, recibe la
etiqueta de tiempo correspondiente a su finalización. La siguiente medición de 10/12 períodos es
la primera medición en el siguiente intervalo de cálculo de la media.
Esta situación es un poco diferente en tiempos menores a 10 segundos. Aunque todos los períodos
se expresan en unidades de tiempo (200 ms, 1 s, 3 s, 5 s), en realidad se miden en múltiplos del
período de red. Por ejemplo, la selección del intervalo de tiempo de 3 segundos significa el tiempo
de cálculo de la media durante 150/180 períodos de red (15 mediciones de 10/12 períodos).
El método de determinación de los valores medios de dichos períodos muestra la Fig. 24. Aquí
no se aplica la sincronización con el reloj de tiempo real. Después de recoger un determinado
número de medidas de 10/12 períodos, el intervalo actual de cálculo de la media se termina y
comienza el siguiente. La etiqueta de tiempo corresponde al final del período.
Fig. 24. Determinación de intervalos de cálculo de media más cortos que 10 segundos (por
ejemplo para el cálculo de promediación de 3 segundos)
Ya que se promedian las mediciones, se pierden los valores extremos. Cuando la información
sobre los valores límite del parámetro medido es importante, el usuario puede utilizar la opción de
medir el valor mínimo, máximo e instantáneo durante el período de cálculo de la media. Si se mide
el parámetro durante 10/12 períodos, el valor máximo y mínimo es respectivamente el valor más
grande y más pequeño de 10/12 períodos medidos en un intervalo dado. En cambio, el valor actual
es el valor último de 10/12 períodos en el intervalo dado para promediar.
En caso de los valores eficaces de tensiones y corrientes, el método de búsqueda de los
valores mínimos y máximos es más flexible y es controlado por el parámetro Período para
determinar el valor mín./máx. El usuario puede usar las siguientes opciones: semiperíodo, 200
ms, 1 s, 3 s y 5 s. La selección de semiperíodo permite buscar el valor mínimo y máximo con la
sensibilidad más alta, con la precisión hasta el valor URMS(1/2). Ampliando este tiempo se buscan los
valores menos extremos, por ejemplo, en caso de 5 segundos primero se calcula el valor medio de
5 segundos, que luego se utiliza para encontrar el valor mínimo y máximo. Esto da menos
sensibilidad a los cambios instantáneos del valor medido.
Nota: igual que en caso de los períodos de cálculo de la media menores a 10 segundos, los tiempos
de 200 ms, 1 s, 3 s y 5 s son de hecho expresados en múltiplos del periodo de la red,
respectivamente, 10/12, 50/60, 150/180 y 250/300 períodos de red.
La selección del tiempo adecuado para calcular la media no es una tarea sencilla. En gran
medida esta selección está condicionada por el tipo de interferencias presentes en la red y las
expectativas del usuario respecto al análisis final de los datos. A menudo hay una situación en la
que sólo se es consciente de la existencia de ciertos problemas en la red de abastecimiento y las
mediciones con el analizador deben ayudar a identificar la causa exacta. En esta situación es mejor
utilizar más cortos tiempos de cálculo de la media (por ejemplo de 10 segundos) y activar el registro
intervalo de 3 segundos* (x+1)
Etiqueta de tiempo
de xº intervelo
de 3 segundos*
10/12
períodos
10/12
períodos
10/12
períodos
10/12
períodos
10/12
períodos
intervalo de 3 segundos* (x)
(*) en realidad es un intervalo de 150/180 períodos
7 Datos técnicos
66
de los valores máximos y mínimos (para las tensiones y corrientes se recomienda en esta situación
elegir el período que determina el valor mínimo y máximo durante el menor tiempo posible, que es
la mitad del período). El corto tiempo de cálculo de la media permite hacer los gráficos más precisos
de cambio de los parámetros en el tiempo; los mínimos y máximos se detectan y se guardan. Los
registros con cortos tiempos de cálculo de la media se realizan normalmente en un período de
tiempo bastante limitado, principalmente debido al rápido crecimiento de los datos, el propósito de
dicho registro es detectar la posible causa de anomalías en lugar del análisis a largo plazo.
El registro con el corto tiempo de cálculo de la media puede ser suficiente para evaluar el
rendimiento de la red y las perturbaciones que aparecen en ella. Sin embargo, la información
detallada se puede conseguir posiblemente durante un período de tiempo más largo (en minutos)
registrando el valor mínimo y máximo y la detección de eventos activa. Una ventaja importante de
esta situación es que el volumen de los datos registrados es mucho menor, lo que significa una
lectura más rápida y análisis.
La prueba de calidad de alimentación se lleva a cabo de conformidad con los criterios de la
norma EN 50160. En este caso, el análisis se lleva a cabo durante un período más largo (p.ej. 7
días), por lo tanto el tiempo de cálculo de la media seleccionado también es largo, es de 10 minutos.
Hay que tener en cuenta que no existe un ajuste ideal para establecer el tiempo de cálculo de
la media y otros parámetros o umbrales de eventos. Cada red es diferente y hay diferentes objetivos
para examinar la red. Por lo tanto, la configuración óptima del analizador puede requerir varios
intentos y también depende de la experiencia del operario.
7 Datos técnicos
Las especificaciones técnicas pueden modificarse sin previo aviso. Las últimas ediciones de la
documentación técnica están disponibles en la página www.sonel.pl.
La incertidumbre básica es la incertidumbre del instrumento de medición en condiciones de
referencia dadas en la Tabla 5.
Las incertidumbres dadas conciernen al analizador PQM-700 sin transformadores y pinzas
adicionales.
Abreviaturas:
v.m. - valor medido patrón,
Unom – valor nominal de tensión,
Inom – rango nominal de corriente (pinzas),
RMS – valor eficaz,
n – orden de armónico,
c.s. – cifras significativas – respecto a la resolución del resultado de medición es el
registro del valor que indica el número de dígitos significativos, por ejemplo la resolución
para el voltaje de 230 V y 4 c.s. es igual a 0,1 V (pone 230,0 V); la resolución para la
corriente 5 A y 4 c.s. es 0,001 A (pone 5,000 A).
ph – incertidumbre adicional resultante del error de medición de la fase entre armónicos
de tensión y de corriente.
7.1 Entradas
Entradas de tensión
Número de entradas
4 (L1, L2, L3, N, PE - 3 trayectos de medición)
Tensión máxima de entrada
760 VRMS 40…70 Hz o DC
Categoría de medida
CAT IV 300 V / CAT III 600 V / CAT II 760 V
Tensión de cresta de entrada (sin cortar)
±1150 V
Banda analógica de transmisión (-3 dB)
12 kHz
Transformadores
definidos por el usuario
Impedancia de entradas de medición
14 M
CMRR
70 dB (50 Hz)
PQM-700 Manual de uso
67
Entradas de corriente
Número de entradas
4 (3 fases + neutro) no aisladas, galvanizadas
Tensión nominal de entrada
(pinzas CT)
1 VRMS
Tensión de cresta de entrada
(pinzas CT; sin eliminación de la
señal)
±3,6 V
Tensión nominal de entrada
(pinzas flexibles)
0,125 VRMS
Tensión de cresta de entrada
(pinzas flexibles; sin eliminación de
la señal)
±0,45 V
La tensión máxima permitida de
entrada de la pinza respecto a la
tierra
5 VRMS
Banda analógica de transmisión
(-3 dB)
12 kHz
Impedancia de entrada
Trayecto de pinzas rígidas: 100 k
Trayecto de pinzas flexibles: 12,4 k
Rango de medición (sin
transformadores)
Pinzas flexibles F-1(A)/F-2(A)/F-3(A): 1..3000 A (±10 kA en cresta, 50 Hz)
Pinzas flexibles F-2AHD/F-3AHD: 1..3000 A (±10 kA en cresta, 50 Hz)
Pinzas flexibles F-1A6/F-2A6/F-3A6: 1..6000 A (±20 kA en cresta, 50 Hz)
Pinzas flexibles F-1A1/F-2A1/F-3A1: 1..1500 A (±5 kA en cresta, 50 Hz)
Pinzas CT C-4(A), C-5A: 1..1000 A (±3600 A en cresta)
Pinzas CT C-6(A): 0,01..10 A (±36 A en cresta)
Pinzas CT C-7(A): 0..100 A (±360 A en cresta)
Transformadores
definidos por el usuario
CMRR
60 dB (50 Hz)
7.2 Muestreo y reloj RTC
Muestreo y reloj RTC
Transductor A/C
de 16 bits
Velocidad de muestreo
10,24 kHz para 50 Hz y 60 Hz
Muestreo simultáneo en todos los canales
Muestras por período
204,8 para 50 Hz; 170,67 para 60 Hz
Sincronización PLL
40...70 Hz
Canal de referencia para el sistema
PLL
L1
Reloj de tiempo real
3,5 ppm máx. (aprox. 9 segundos/mes)
en el rango de temperatura -20C…+55C
7.3 Parámetros medidos: precisión, resolución y rango
7.3.1 Condiciones de referencia
Tabla 5. Condiciones de referencia.
Condiciones de referencia
Temperatura ambiente
23C 2C
Humedad relativa
40…60%
Desequilibrio de tensión
≤ 0,1% para el factor de desequilibrio de secuencia negativa (sólo en
sistemas trifásicos)
Campo magnético externo continuo
≤ 40 A/m (continuo)
≤ 3 A/m (variable) para la frecuencia 50/60 Hz
Componente constante de tensión y
corriente
cero
Formas de onda
sinusoidales
Frecuencia
50 Hz ±0,2% o 60 Hz ±0,2%
7 Datos técnicos
68
7.3.2 Tensión
Tensión
Rango y condiciones
Resolución
Incertidumbre básica
URMS (AC+DC)
20% Unom ≤ URMS ≤ 120% Unom
para Unom ≥ 100V
4 c.s.
0,5% Unom
Factor de cresta
1...10
(1...1,65 para la tensión de 690 V)
para URMS ≥ 10% Unom
0,01
5%
7.3.3 Corriente
Corriente
Rango y condiciones
Resolución
Incertidumbre básica
IRMS (AC+DC)
Entrada sin pinzas
línea de pinzas CT:
0..1 V (máx. ±3.6 V)
línea de pinzas flexibles:
0..125 mV (máx. ±450 mV)
4 c.s.
0,2% Inom
Pinzas flexibles F-1(A)/F-2(A)/F-3(A)
0..3000 A
(10 kA)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
1%
(2% teniendo en consideración el
error adicional que depende de la
posición)
Pinzas flexibles F-2AHD/F-3AHD
0..3000 A
(±10 kA max)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
0,5%
(2% z uwzględnieniem błędu dodat-
kowego od położenia)
Pinzas flexibles F-1A6/F-2A6/F-3A6
0..6000 A
(20 kA max)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
1%
(2% teniendo en consideración el
error adicional que depende de la
posición)
Pinzas flexibles F-1A1/F-2A1/F-3A1
0..1500 A
(5 kA max)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
1%
(2% teniendo en consideración el
error adicional que depende de la
posición)
Pinzas CT C-4(A)
0...1000 A
(3600 A)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
0,1..10 A: (3% + 0,1 A)
10 A: 3%
50 A: 1,5%
200 A: 0,75%
1000..1200 A: 0,5%
Pinzas CT C-5A
0...1000 A
(3600 A)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
0,5..100 A: ≤ (1,5% + 1A)
100..800 A: ≤ 2,5%
800..1000 A AC: ≤ 4%
1000..1400 A DC: ≤ 5%
Pinzas CT C-6(A)
0..10 A
(36 A)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
0,01..0,1 A: (3% + 1 mA)
0,1..1 A: 2,5%
1..12 A: 1%
Pinzas CT C-7(A)
0..100 A
(360 A)
4 c.s.
Incertidumbre adicional
0..100 A: (0,5% + 0,02 A) (45..65 Hz)
0..100A: (1,0% + 0,04 A) (40..1000 Hz)
Factor de cresta
1..10 (1..3,6 para Inom)
para IRMS ≥ 1% Inom
0,01
5%
PQM-700 Manual de uso
69
7.3.4 Frecuencia
Frecuencia
Rango y condiciones
Resolución
Incertidumbre básica
f
40..70 Hz
10% Unom ≤ URMS ≤ 120% Unom
0,01 Hz
0,05 Hz
7.3.5 Armónicos
Armónicos
Rango y condiciones
Resolución
Incertidumbre básica
Orden del armónico (n)
DC, 1..40, agrupación: subgrupos armónicos según IEC 61000-4-7
Amplitud URMS
0..200% Unom
4 c.s.
0,15% Unom si v.m.<3% Unom
5% v.m. si v.m.≥ 3% Unom
(según IEC 61000-4-7 clase II)
Amplitud IRMS
Dependiendo de las pinzas
utilizadas (ver especificación
IRMS)
4 c.s.
0,5% Inom si v.m.<10% Inom
5% v.m. si v.m.≥ 10% Inom
(según IEC 61000-4-7 clase II)
THD-R de tensión
(n = 2..50)
0,0…100,0%
para URMS ≥ 1% Unom
0,1%
5%
THD-R de corriente
(n = 2..50)
0,0…100,0%
para IRMS ≥ 1% Inom
0,1%
5%
TDD
(n = 2..40)
depende de IL
depende de IL
depende de IL
Ángulo de fase (tensión)
-180…+180
0,1
(n 1)
Ángulo de fase
(corriente)
-180…+180
0,1
(n 1)
7.3.6 Potencia y energía
Potencia y energía
Condiciones
(para potencia y energía
80% Unom ≤ URMS < 120% Unom)
Resolución
Incertidumbre básica (1)
Potencia activa
Energía activa
2% Inom ≤ IRMS < 5% Inom
cos = 1
4 c.s.
%
5% Inom ≤ IRMS ≤ Inom
cos = 1
%
5% Inom ≤ IRMS < 10% Inom
cos = 0,5
%
10% Inom ≤ IRMS ≤ Inom
cos = 0,5
%
Potencia reactiva
Energía reactiva
2% Inom ≤ IRMS < 5% Inom
sin = 1
4 c.s.
%
5% Inom ≤ IRMS < Inom
sin = 1
%
5% Inom ≤ IRMS < 10% Inom
sin = 0,5
%
10% Inom ≤ IRMS < Inom
sin = 0,5
%
10% Inom ≤ IRMS < Inom
sin = 0,25
%
Potencia aparente
Energía aparente
2% Inom ≤ IRMS < 5% Inom
4 c.s.
2,5%
5% Inom ≤ IRMS ≤ Inom
2,0%
Factor de potencia
(PF)
0…1
50% Unom ≤ URMS < 150% Unom
10% Inom ≤ IRMS < Inom
0,01
0,03
Factor de
desplazamiento de
fase (cosφ/DPF)
0…1
50% Unom ≤ URMS < 150% Unom
10% Inom ≤ IRMS < Inom
0,01
0,03
(1) Ver el sección 7.3.7.
7 Datos técnicos
70
7.3.7 Estimación de incertidumbre de medición de potencia y energía
Incertidumbre total de medición de potencia y de energía activa y reactiva (componente
fundamental) y la potencia de armónicos se basa en general en la siguiente relación (para la
energía se omite la incertidumbre adicional de la medición resultante de tiempo por ser mucho
menor que otras incertidumbres):
donde:
P,Q – incertidumbre de medición de potencia activa o reactiva,
Uh – incertidumbre sumaria de medición de amplitud armónica de tensión (analizador,
transformadores, pinzas),
Ih – incertidumbre sumaria de medición de amplitud armónica de corriente (analizador,
transformadores, pinzas),
ph – incertidumbre adicional resultante de error de medición de la fase entre armónicos de
tensión y corriente.
La incertidumbre
ph puede ser determinada, si se conoce el ángulo de desplazamiento de fase
para el rango de frecuencia que nos interesa. En la se presenta error de diferencia de fases entre
armónicos de tensión y de corriente para el analizador PQM-700 (sin pinzas y transformadores).
Tabla 6. Error de fase del analizador PQM-700 dependiendo de la frecuencia.
Rango de frecuencia
0..200Hz
200..500Hz
500Hz..1kHz
1..2kHz
2..3kHz
Error
≤1
≤2,5
≤5
≤10
≤15
El error de fase introducido por transformadores y pinzas utilizados en general se puede
encontrar en su documentación técnica. En tal caso es necesario estimar el error resultante de fase
entre tensión y corriente para la frecuencia que nos interesa e introducido por todos los elementos
de medición como: transformadores de tensión y corriente, pinzas y analizador.
La incertidumbre de medición resultante de error de fase para la potencia activa de armónicos
se puede determinar a base de la relación:
,
En cambio, la incertidumbre de medición de potencia reactiva de armónicos se puede determinar
a base de la relación:
,
En ambas fórmulas significa el ángulo real de desplazamiento entre armónicos de corriente
y tensión, y error sumario de fase para la frecuencia dada. De las relaciones presentadas se
puede deducir que la incertidumbre de medición de potencia, para el mismo error de fase, depende
evidentemente del factor de desplazamiento de fase entre corriente y tensión. Esto se presenta en
la Fig. 25.
PQM-700 Manual de uso
71
Fig. 25. La incertidumbre adicional resultante del error de fase, dependiendo del ángulo de
desplazamiento de fase.
7.3.8 Parpadeo de luz
Parpadeo de luz
(flicker)
Rango y condiciones
Resolución
Incertidumbre básica
Pst (10 min),
Plt (2 h)
0,4…10
para URMS ≥ 80% Unom
0,01
10% dentro del límite de valores
presentados en la tabla según la norma
IEC 61000-4-15
Ejemplo
Cálculo de incertidumbre de medición de potencia activa de la
componente fundamental.
Condiciones:
= 60
, URMS
Unom , IRMS = 5% Inom.
Incertidumbre básica es:
Para el rango de frecuencia de 0 a 200 Hz el error de fase de PQM-700
es 1
. Después de sustituir a la relación:
por lo tanto, la incertidumbre de la medición es:
En las mismas condiciones, pero con el desplazamiento de fase
= 10
,
obtendremos:
y la incertidumbre de la medición será:
Estos cálculos no tienen en cuenta los errores adicionales introducidos
por las pinzas de corriente y los transformadores utilizados.
7 Datos técnicos
72
7.3.9 Desequilibrio
Desequilibrio (tensión y
corriente)
Rango y condiciones
Resolución
Incertidumbre básica
Factor de desequilibrio de
secuencia positiva,
negativa y cero
0,0%...10,0%
para
80% Unom ≤ URMS < 150% Unom
0,1%
0,3%
(incertidumbre absoluta)
7.4 Detección de eventos: valores eficaces de tensión y corriente
Tensión URMS
(huecos, interrupciones y
aumenta)
Rango
Resolución
Incertidumbre
básica
URMS(1/2)
0,0%...120,0% Unom
4 c.s.
1% Unom
Umbrales de detección
Ajustados por el usuario en porcientos o valores absolutos. Detección de
eventos basada en la medición URMS(1/2) (valor eficaz de 1 período actualizado
cada ½ período).
Tiempo de duración
hh:mm:ss.ms
Semiperíodo
Un período
Registro de forma de onda
2 períodos antes del evento + 4 períodos después del evento (en total 6
períodos)
204,8/170,67 (50 Hz/60 Hz) muestras por período
Corriente IRMS
(mín., máx.)
Rango
Resolución
Incertidumbre
básica
IRMS(1/2)
0,0%...100,0% Inom
4 c.s.
0,5% Inom
Umbrales de detección
Ajustados por el usuario en porcientos o valores absolutos. Detección de
eventos basada en la medición IRMS(1/2) (valor eficaz de 1 período actualizado
cada ½ período).
Tiempo de duración
hh:mm:ss.ms
Semiperíodo
Un período
Registro de forma de onda
2 períodos antes de evento + 4 períodos después de evento (en total 6
períodos)
204,8/170,67 (50 Hz/60 Hz) muestras por período
7.5 Detección de eventos: otros parámetros
Parámetro
Rango
Método de detección
Frecuencia (mín., máx.)
40…70 Hz (porcentual o
absoluta)
Detección basada en la medición de 10 s
(según IEC 61000-4-30)
Factor de pico de tensión (mín., máx.)
1,0…10,0
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Factor de pico de corriente (mín., máx.)
1,0…10,0
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Factor de desequilibrio de
componente de secuencia negativa
de tensión (máx.)
0,0…20,0%
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Factor de desequilibrio de
componente de secuencia negativa
de corriente (máx.)
0,0…20,0%
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Flicker de corta duración Pst (máx.)
0..20
Basándose en el valor de 10 minutos
Flicker de larga duración Plt (máx.)
0..20
Basándose en el valor de 2 horas
Potencia activa P (mín., máx.)
Dependiendo de la
configuración
Basándose en el valor de 10/12 períodos
(para la potencia consumida y devuelta)
Potencia reactiva Q (mín., máx.)
Dependiendo de la
configuración
Basándose en el valor de 10/12 períodos
(para la potencia consumida y devuelta)
Potencia aparente S (mín., máx.)
Dependiendo de la
configuración
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Potencia de distorsión D/Potencia
aparente de distorsión SN (mín., máx.)
Dependiendo de la
configuración
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Factor de potencia PF (mín., máx.)
0…1
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Factor de desplazamiento de fase
cosφ/DPF (mín., máx.)
0…1
Basándose en el valor de 10/12 períodos
tanφ 4 cuadrantes (mín., máx.)
0…10
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Energía activa EP (máx.)
Dependiendo de la
configuración
Si excede, se comprueba cada 10/12 períodos
(para la energía consumida y devuelta)
Energía reactiva EQ 4 cuadrantes
(máx.)
Dependiendo de la
configuración
Si excede, se comprueba cada 10/12 períodos
(para la energía consumida y devuelta)
PQM-700 Manual de uso
73
Energía aparente ES (máx.)
Dependiendo de la
configuración
Si excede, se comprueba cada 10/12
períodos
Factor de contenidos armónicos
THD-F de tensión (máx.)
0…100%
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Factor de contenidos armónicos
THD-F de corriente (máx.)
0…200%
Basándose en el valor de 10/12 períodos
Amplitudes de armónicos de tensión
(máx.)
0…100% o en absoluto
Basándose en el valor de 10/12 períodos;
Umbrales independientes para todos los
armónicos en el rango de 2...50
Amplitudes de armónicos de corriente
(máx.)
0…200% o en absoluto
Basándose en el valor de 10/12 períodos;
Umbrales independientes para todos los
armónicos en el rango de 2...50
7.5.1 Histéresis de detección de eventos
Histéresis de detección de
eventos
Rango
Método de cálculo
Histéresis
0..10%
Para cada uno de los parámetros se calcula como
porcentaje del umbral máx.
7.6 Medición de corriente de arranque
Rango
Resolución
Error básico
0…100% In
4 c.s.
±0,5% In
medición de tensión y corriente cada medio período en todos los canales (se promedia cada ½ período),
tiempo de medición hasta 60 s.
7.7 Registro
Registrador
Tiempo para el cálculo de la media (1)
1 s, 3 s, 10 s, 30 s, 1 min, 5 min, 10 min, 15 min, 30 min.
Modo especial: ½ período (para el registro de ondas con el tiempo limitado de
registro hasta 60 s, p.ej. para la corriente de arranque) (2)
Cálculo de la media mín./máx.
para URMS
½ período, período, 200 ms, 1 s, 3 s, 5 s (3)
Cálculo de la media mín./máx.
para IRMS
½ período, período, 200 ms, 1 s, 3 s, 5 s (3)
Captura de formas de onda
Posibilidad de registro de 3 períodos de formas de onda de canales activos
después de cada período de cálculo de la media
Modo de activación de registro
manual
desde primer evento detectado
según horario (cuatro intervalos de tiempo definidos)
Puntos de medición
1, configuración independiente de usuario
Tiempo de registro
Dependiendo de la configuración
Memoria
Tarjeta de memoria de 2 GB incorporada
Modelo de memoria
Lineal
Seguridad
Posibilidad de bloqueo de teclado para evitar el acceso no autorizado
(1) Los tiempos de cálculo de la media menores a 10 s, de hecho, son iguales al múltiplo del período de red:
1 s - 50/60 períodos, 3 s - 150/180 períodos.
(2) URMS(1/2) y IRMS(1/2) son los valores eficaces para un período, se actualizan cada medio período.
(3) Períodos de cálculo de la media mín./máx. de 1 s, 3 s en realidad equivalen al múltiplo del período de red: 1 s - 50/60
períodos, 3s - 150/180 períodos.
7 Datos técnicos
74
Parámetros registrados
Valor
medio
Valor
mínimo
Valor
máximo
Valor
instantán
eo
Tensión eficaz de fase/entre fases (dependiendo del
tipo de sistema) URMS
Tensión eficaz entre fases (sólo sistema de 3 fases tipo
estrella con N y de 2 fases) URMS
Corriente eficaz IRMS
Frecuencia f
Factor de pico de tensión CF U
Factor de pico de corriente CF I
Factores de desequilibrio de secuencia positiva y
negativa, componentes equilibradas de secuencia:
positiva, negativa, cero (tensión) U0, U1, U2, u0, u2
Factores de desequilibrio de secuencia positiva y
negativa, componentes equilibradas de secuencia:
positiva, negativa, cero (corriente) I0, I1, I2, i0, i2
Indicadores de parpadeo de luz Pst y Plt
Potencia activa (consumida y devuelta) P+, P-
Potencia reactiva (consumida y devuelta) Q1+, Q1- / QB+, QB-
Potencia aparente S
Potencia de distorsión D/ Potencia aparente de
distorsión SN
Factor de potencia PF
Factor de desplazamiento de fase cosφ/DPF
Coeficiente tanφ (4 cuadrantes): tan(L+), tan(C-), tan(L-), tan(C+)
Energía activa (consumida y devuelta) EP+, EP-
Energía reactiva (4 cuadrantes): EQ(L+), EQ(C-), EQ(L-), EQ(C+)
Energía aparente ES
Factor de distorsiones armónicas
THD-F de tensión
Factor de distorsiones armónicas
THD-F de corriente
Factor TDD
Amplitudes de armónicos de tensión Uh1…Uh40
Amplitudes de armónicos de corriente Ih1…Ih40
7.8 Alimentación de la red, batería y calentador
Alimentación de la red
Rango de tensiones de entrada
(nominal)
100…415 V AC, 40…70 Hz
140…415 V DC
Rango de tensiones de entrada (con
fluctuaciones)
90…460 V AC, 40…70 Hz
127…460 V DC
Categoría de sobretensión del
alimentador
altitud hasta 4000 m: CAT IV 300 V / CAT III 415 V / CAT III 460 V
(fluctuaciones incluidas)
altitud 4000-5000 m: CAT III 300 V / CAT II 415 V / CAT II 460 V
(fluctuaciones incluidas)
Consumo de energía de la red
(máximo)
30 VA
Consumo de energía de la red en
función de la configuración (típico)
sin carga de la batería, el calentador apagado, la fuente
de alimentación 230 V AC
6 VA / 3 W
sin carga de la batería, el calentador activado, la fuente
de alimentación 230 V AC
11 VA / 8 W
la carga de la batería, el calentador apagado, la fuente de
alimentación 230 V AC
14 VA / 11 W
la carga de la batería, el calentador activado, la fuente de
alimentación 230 V AC
22 VA / 16 W
la carga de la batería, el calentador activado, la fuente de
alimentación 400 V AC
27 VA / 16 W
PQM-700 Manual de uso
75
Batería
Tipo
Li-Ion 4,4 Ah
Tiempo de funcionamiento con alimentación de batería
> 6 h
Tiempo de carga de batería (completamente descargada)
hasta 8 h
Rango de temperatura admisible de la carga
-10C …+60C
Consumo de corriente de la batería en modo de analizador
off (falta de alimentación de la red)
< 1 mA
Calentador
Umbral de temperatura de encendido de calentador
+5C
Alimentación del calentador
de fuente de alimentación incorporada
Potencia del calentador
hasta 5 W
7.9 Redes compatibles
Tipos de redes compatibles (directa e indirectamente)
1 fase
Monofásica con conductor neutro (terminales L1, N)
2 fases (split-phase)
Bifásica con conductor neutro (terminales L1, L2, N)
3 fases tipo estrella con N
Trifásica de 4 hilos (terminales L1, L2, L3, N)
3 fases tipo triángulo
Trifásica de 3 hilos (terminales L1, L2, L3, N conectado con L3)
3 fases tipo triángulo de Aron
Trifásica de 3 hilos (terminales L1, L2, L3, N conectado con L3), con dos
pinzas de corriente
3 fases tipo estrella sin N
Trifásica tipo estrella de 3 hilos (terminales L1, L2, L3, N conectado con
L3)
3 fases tipo estrella sin N de
Aron
Trifásica tipo estrella de 3 hilos (terminales L1, L2, L3, N conectado con
L3), con dos pinzas de corriente
7.10 Pinzas de corriente compatibles
Tipos compatibles de pinzas de corriente
F-1(A)
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 120 cm, rango de medición 3000 ARMS
F-2(A)
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 80 cm, rango de medición 3000 ARMS
F-3(A)
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 45 cm, rango de medición 3000 ARMS
F-2AHD
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 91,5 cm, rango de medición 3000 ARMS
F-3AHD
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 45 cm, rango de medición 3000 ARMS
F-1A6
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 120 cm, rango de medición 6000 ARMS
F-2A6
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 80 cm, rango de medición 6000 ARMS
F-3A6
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 45 cm, rango de medición 6000 ARMS
F-1A1
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 120 cm, rango de medición 1500 ARMS
F-2A1
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 80 cm, rango de medición 1500 ARMS
F-3A1
Pinza flexible (bobina de Rogowski), circunferencia de 45 cm, rango de medición 1500 ARMS
C-4(A)
Pinzas tipo CT, AC, rango de medición 1000 ARMS, 1 mV/A
C-5A
Pinzas tipo CT con sensor de efecto Hall, AC/DC, rango de medición 1000 ARMS, 1 mV/A
C-6(A)
Pinzas tipo CT, AC, para corrientes bajas, rango de medición 10 ARMS, 1 mV/10 mA
C-7(A)
Pinzas tipo CT, AC, rango de medición 100 ARMS, 5 mV/A
NOTA: La pinza con la letra A al final del nombre (por ejemplo F-3A) es un tipo de pinza con la detección
automática de su tipo en dispositivos compatibles. Los otros parámetros son los mismos que en caso de la pinza
sin esta detección. La detección del tipo de pinza está disponible en los analizadores PQM-700 en las versiones
de hardware HWc y más nuevos, junto con el firmware 1.30 o más nuevo.
7.11 Comunicación
Comunicación
USB
Velocidad máxima de transmisión: 921,6 kbit/s
Compatible con USB 2.0
7 Datos técnicos
76
7.12 Condiciones ambientales y otros datos técnicos
Condiciones ambientales
Rango de temperatura de trabajo
-20C…+55C
Rango de temperatura de
almacenamiento
-30C…+60C
Humedad
10...90% con condensación posible
Altitud operativa
hasta 4000 m
(4000-5000 m con categoría de medición rebajada
CAT III 300 V / CAT II 600 V)
Estanqueidad (según IEC 60529)
IP 65
Condiciones de referencia
Temperatura ambiente: 23C 2C
Humedad: 40…60%
Dimensiones
200 x 180 x 77 mm (sin cables)
Peso
aprox. 1,6 kg
Pantalla
5 diodos LED que indican el estado de trabajo
Memoria de datos
tarjeta de memoria extraíble de 2 GB (estándar), ampliable hasta 32 GB
(opcional).
7.13 Seguridad y compatibilidad electromagnética
Seguridad y EMC
Conformidad con
IEC 61010-1, edición 3.0
Categoría de medición (entradas de medición)
Altitud hasta 4000 m: IV 300 V / III 600 V / II 760V
Altitud 4000-5000 m: III 300 V / II 600 V
clase de contaminación 2
Categoría de sobretensión (alimentador de la red)
Altitud hasta 4000 m: IV 300 V / III 415 V / III 460 V (incluyendo las
fluctuaciones)
Altitud 4000-5000 m: III 300 V / II 415 V / II 460 V (incluyendo las
fluctuaciones)
clase de contaminación 2
Aislamiento
Doble según IEC 61010-1
Compatibilidad electromagnética
IEC 61326
Resistencia a alteraciones con frecuencias de
radio
IEC 61000-4-3
modulación sinusoidal 80% AM, 1 kHz
80…1000 MHz, 10 V/m
1,4…2,0 GHz, 3 V/m
2,0…2,7 GHz, 1 V/m
Resistencia a descargas electrostáticas
IEC 61000-4-2
Descarga en aire: 8 kV
Descarga al contacto: 4 kV
Resistencia a perturbaciones conducidas,
inducidas por campos de radiofrecuencia
IEC 61000-4-6
modulación sinusoidal 80% AM, 1 kHz
0,15…80 MHz, 10 V
Resistencia a series de estados rápidos eléctricos
transitorios
IEC 61000-4-4
Amplitud 2 kV, 5 kHz
Resistencia a hipertermias
IEC 61000-4-5
Amplitud 2 kV (L-L)
Emisión de alteraciones radiadas con
radiofrecuencia
IEC 61000-6-3
30…230 MHz, 30 dB(V/m) en distancia de 10m
230…1000 MHz, 37 dB(V/m) en distancia de 10m
Emisión de alteraciones conducidas
IEC 61000-6-3
Niveles para el detector cuasi-pico:
0,15 kHz…0,5 MHz: 66 dBV…56 dBV
0,5 MHz…5 MHz: 56 dBV
5 MHz…30 MHz: 60 dBV
7.14 Estándares
Estándares
Métodos de medición
IEC 61000-4-30 clase S
Precisión de mediciones
IEC 61000-4-30 clase S
Calidad de energía
EN 50160
Parpadeo de luz
IEC 61000-4-15
Armónicos
IEC 61000-4-7
Estándar de calidad
elaboración, proyecto y producción de acuerdo con ISO 9001
PQM-700 Manual de uso
77
8 Accessorios adicionales
La lista completa de accesorios se puede encontrar en el sitio web del fabricante.
C-4A
C-5A
C-6A
C-7A
WACEGC4AOKR
WACEGC5AOKR
WACEGC6AOKR
WACEGC7AOKR
Corriente nominal
1000 A AC
1000 A AC
1400 A DC
10 A AC
100 A AC
Frecuencia
30 Hz…10 kHz
DC…5 kHz
40 Hz…10 kHz
40 Hz…1 kHz
Diámetro máx. del
conductor medido
52 mm
39 mm
20 mm
24 mm
Precisión mínima
≤0,5%
≤1,5%
≤1%
0,5%
Alimentación
con baterías
—
√
—
—
Longitud de cable
2,2 m
2,2 m
2,2 m
3 m
Categoría
de medición
IV 300 V
IV 300 V
IV 300 V
III 300 V
Protección
de ingreso
IP40
F-1A1 / F-1A / F-1A6
F-2A1 / F-2A / F-2A6
F-3A1 / F-3A / F-3A6
F-2AHD
F-3AHD
WACEGF1A1OKR
WACEGF1AOKR
WACEGF1A6OKR
WACEGF2A1OKR
WACEGF2AOKR
WACEGF2A6OKR
WACEGF3A1OKR
WACEGF3AOKR
WACEGF3A6OKR
WACEGF2AHDOKR
WACEGF3AHDOKR
Corriente nominal
1500 / 3000 / 6000 A
AC
1500 / 3000 / 6000 A
AC
1500 / 3000 / 6000 A
AC
3000 A
AC
Frecuencia
40 Hz…10 kHz
10 Hz…20 kHz
Diámetro máx. del
conductor medido
380 mm
250 mm
140 mm
290 mm
145 mm
Precisión mínima
1%
0,5%
Alimentación
con baterías
—
—
Longitud de cable
2,5 m
2,5 m
Categoría
de medición
IV 600 V
IV 600 V
Protección
de ingreso
IP67
IP65
9 Más información
78
9 Más información
9.1 Limpieza y mantenimiento
La carcasa del analizador puede ser limpiada con un paño suave y humedecido con
detergentes comúnmente utilizados. No utilizar disolventes ni productos de limpieza que puedan
rayar la carcasa (polvos, pastas, etc.).
Los cables se pueden limpiar con agua y detergentes, luego deben ser secados.
El sistema electrónico del analizador no requiere mantenimiento.
9.2 Almacenamiento
Durante el almacenamiento del dispositivo, hay que seguir las siguientes instrucciones:
desconectar todos los cables del medidor,
limpiar bien el medidor y todos los accesorios,
para evitar la descarga total de las baterías durante el almacenamiento prolongado, las baterías
deben ser recargadas periódicamente.
9.3 Desmontaje y utilización
Los residuos de aparatos eléctricos y electrónicos deben ser recogidos por separado, es decir,
no se depositan con los residuos de otro tipo.
El dispositivo electrónico debe ser llevado a un punto de recogida conforme con la Ley de
residuos de aparatos eléctricos y electrónicos.
Antes de llevar el equipo a un punto de recogida no se debe desarmar ninguna parte del equipo.
Hay que seguir las normativas locales en cuanto a la eliminación de envases, pilas usadas y
baterías.
9.4 Fabricante
El fabricante del dispositivo que presta el servicio de garantía y postgarantía es:
SONEL S.A.
Wokulskiego 11
58-100 Świdnica
Polonia
tel. +48 74 884 10 53 (Servicio al cliente)
e-mail: customerservice@sonel.com
internet: www.sonel.com
Nota
Se deben utilizar únicamente los métodos de conservación
proporcionados por el fabricante en este manual.
Nota
Para el servicio de reparaciones sólo está autorizado el fabricante.
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9 Más información
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