Calidad de la Energía Agosto 2017
Simulación de una distorsión de tensión tipo SAG
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Ríos Guerra Juan José Cuevas Muñoz Paulina Lizeth Venegas Álvarez Roció Maribel Gutiérrez Torres Diego Armando de Jesús UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO, INGENIERIA ELECTRICA DIVISIÓN DE INGENIERÍAS, CARRETERA SALAMANCA – VALLE DE SANTIAGOKM. 3.5 + 1.8 COMUNIDAD DE PALO BLANCO, SALAMANCA, GTO. C.P. 36885. TEL. 01 464 647 99 40 R esumen: En el presente trabajo se muestra un an álisis de un fenómeno
conocido como distorsión en la tensión más concretamente conocido como sag o dip, en este trabajo se explica el fenómeno, así como también se realiza un modelado, por último, se realiza una simulación en el software Simulink para reproducir dicho fenómeno.
Objetivo Analizar el fenómeno transitorio de un hueco de tensión mediante el modelado y la simulación del encendido de un motor en un sistema eléctrico.
Introducción
por la conmutación de cargas pesadas o arrancando motores grandes. Algunas referencias definen la duración de un hundimiento durante un período de 0,5 ciclo a unos pocos segundos, y mayor duración de baja tensión se llama un "sag sostenida".
Voltaje Sag
Un voltaje sag o hueco de tensión es un suceso en el que el voltaje rms de la línea disminuye desde la tensión de línea nominal durante un corto período de tiempo. [1]
Causas de voltaje sag
Un hueco de voltaje “voltaje sag” es un suceso en el
que el voltaje rms de la línea disminuye desde la tensión de línea nominal durante un corto período de tiempo, s una disminución en el voltaje rms entre 0,1 pu y 0,9 pu. Que de acuerdo a la norma IEEE 1159 puede ser categorizado dependiendo su duración como: instantáneos (0.5 siclos a 30 siclos), momentáneos (30 siclos a 1min) y temporales (3s1min).
Las pérdidas de voltaje suelen estar asociadas con fallas del sistema, pero también pueden ser causadas
Puesto que los motores eléctricos dibujan más corriente cuando están comenzando que cuando están funcionando a su velocidad nominal, el arranque de un motor eléctrico puede ser la razón de un hundimiento de voltaje. [2][4] Cuando se produce un fallo de línea a tierra, se producirá una caída de voltaje hasta que el interruptor de protección funcione. [2][4] Algunos accidentes en las en las líneas eléctricas tales como un rayo un rayo o un objeto que cae pueden ser una causa del fallo de línea a tierra y un hundimiento de tensión como resultado. resultado. [4] Cambios repentinos de carga o cargas excesivas pueden causar una caída de voltaje. voltaje. [4] Dependiendo de las conexiones del transformador, transformador, los transformadores que energizan podrían ser otra razón para que se produzcan caídas de voltaje. voltaje. [3]
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Las caídas de voltaje pueden llegar desde la utilidad, pero la mayoría son causadas por equipos en construcción. En los hogares residenciales, las caídas de voltaje se ven a veces cuando los refrigeradores, los acondicionadores de aire, o los ventiladores del horno comienzan para arriba.
Desarrollo
En nuestro caso usaremos una fuente de tensión trifásica que alimentará a un motor trifásico separado por una línea resistiva-inductiva. Un interruptor que hará la función de cerrar el circuito para alimentar al motor en 0.1 s. Los valores nominales de los elementos son los siguientes: Fuente de tensión: L L Vrms
Modelado
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V
Línea Resistiva-Inductiva:
Para el modelado de un sag se hizo uso del texto Power Quality de A. Kuzko, en este se presenta un modelado de los conductores y de un transformador (figura 1), que son los que alimentan al motor y a una carga, se utilizaron los valores de resistencia del cableado y de inductancia del transformador para la simulación.
R 0.02 L 100 H Motor:
P 3730 VA L L Vrms
f
100
60
V
Hz
Simulación
Figura 1: Modelo presentado en la bibliografía Power Quality de A. Kuzko
Para la realización de la simulación se usó el software Simulink®, el circuito realizado es el siguiente mostrado en la figura 3.
Cabe mencionar que la bibliografía presentaba un diagrama unifilar en el cual también se modelaba el motor por medio de una fuente de corriente, pero al contar con un bloque en el software Simulink® no fue necesario usar dicho modelo. El circuito por modelar es una fuente de voltaje conectada a un motor por un elemento resistivo e inductivo. El diagrama monofásico es mostrado en la figura 2.
Figura 3: Circuito final realizado en Simulink
Los parámetros usados para la simulación son mostrados a continuación, Fuente
Figura 2: Diagrama monofásico del modelado
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Cables y Transformador (por fase)
Carga Fija (por fase)
Resultados El interruptor se fijó para que conectara el motor 0.1 seg después de haber iniciado la simulación y el resultado fue el siguiente,
Interruptor del Motor
Figura 4: superior: comportamiento de la tensión a lo largo de la conexión del motor, inferior comportamiento de la corriente a lo largo del evento.
Motor (carga para provocar el sag)
Figura 5: superior: comportamiento de la tensión a lo largo de la conexión del motor, inferior comportamiento de la corriente a lo largo del evento en una escala de tiempo menor.
Como podemos apreciar en la figura 4 (parte inferior) el evento claramente se presenta a los 0.1 segundos previstos, en el cual entra el motor y consume una gran corriente (corriente de Inrush) la cual nos causa una caída en el nivel de tensión que podemos ver en la figura 4 (parte superior). Venegas Álvarez, Ríos Guerra, Cuevas Muñoz , Gutiérrez Torres
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En la figura 5 podemos apreciar lo mismo que en la figura 4 solo que en una escala de tiempo más corta y en esta podemos apreciar cómo se comienza a caer la tensión (parte superior) a los 0.1 segundos y en ese mismo instante como la corriente (parte inferior) comienza a crecer para luego estabilizarse en aproximadamente 0.15 segundos después de arrancar. Otra forma de apreciar mejor el fenómeno es midiendo la tensión y corriente mediante el bloque RMS el cual nos presenta un mejor panorama del porcentaje que callo la tensión, así como de la duración del evento.
Figura 7: superior: comportamiento de la tensión rms a lo largo de la conexión del motor, inferior comportamiento de la corriente rms a lo largo del evento.
En la figura 7 podemos ver el fenómeno en una escala menor de tiempo en la parte superior podemos observar el hueco de tensión y en la parte inferior el pico de corriente.
Conclusiones
Figura 6: superior: comportamiento de la tensión rms a lo largo de l a conexión del motor, inferior comportamiento de la corriente rms a lo largo del evento.
En la figura 6 se puede apreciar de una mejor manera que durante el evento hubo una caída en tensión (parte superior) de aproximadamente 6%, el porcentaje de caída en tensión es dependiente de las características y capacidad del motor, entre mayor sea la capacidad del motor mayor será la caída. Como podemos ver en la figura 6 (parte inferior) la corriente tuvo un aumento que coincide con la caída de tensión, con dicha figura podemos ver que efectivamente la duración del evento es de aproximadamente 0.15 segundos, también podemos observar que la corriente llego a crecer más de 10 veces la nominal del motor.
En base a los resultados se puede concluir que los huecos de tensión (duración y magnitud) dependen de la magnitud de la carga que se conecte, así como de las características de la carga, también podemos concluir que una manera de prevenir esta caída de tensión es meter carga de poco en poco y en caso de motores mediante un modo de arranque moderno.
Bibliografía [1] A. kusko Power Quality in Electrical System [2] Bollen, Math HJ (1999). Solución de problemas de calidad de alimentación: caídas de tensión e interrupciones. Nueva York: IEEE Press. pag. 139. ISBN 978-0-7803-4713-7 . [3] Remus Teodorescu; Marco Liserre; Pedro Rodríguez (2011). Convertidores de red para sistemas fotovoltaicos y eólicos. Wiley-IEEE Press. ISBN 978-1-119-95720-1 [4] Kazibwe, Wilson E.; Sendaula, Musoke H. (1993). Técnicas de control de calidad de la energía eléctrica. Nueva York: Van Nostrand Reinhold. pag. 11. ISBN 978-0-442-01093-5.
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