Calcular la corriente de fase y de línea de la instalación y verificar las señales

UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES DE ESMERALDAS
UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES”
DE ESMERALDAS
INFORME DE PRACTICA DE
LABORATORIO 2
Nombre del Estudiante:
TORRES PALOMINO JOE ROBERTO
Carrera:
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Paralelo:
9no “A”
ASIGNATURA:
CALIDAD DE LA
ENERGÍA ELÉC-
TRICA
Esmeraldas-
Ecuador
2021

UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE ESMERALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍAS
. UTELVT. 2018 Pág. 1
I. INTRODUCCIÓN
El presente informe consta de tres etapas, la primera etapa trata del plantea-
miento de un suceso contendiente respecto a Calidad de Energía Eléctrica, que genera
una perturbación en el sistema, en cuyos datos proporcionados, contamos con una ins-
talación de ciertos dispositivos que afectan de una u otra forma la calidad de Energía
del sistema Eléctrico. En la segunda etapa, se divide en dos secciones que son diag-
nóstico y procedimiento, estas permiten a su vez evaluar el fallo y/o perturbación regis-
trada a través de dispositivos de medición, con el fin de reconocer el punto de origen y,
por consiguiente, realizar el procedimiento debido, tomando en cuenta los parámetros
de Potencia Activa, Reactiva, Aparente, el factor de potencia y la carga que se analiza,
generadora de dicha perturbación y/o fallo en el sistema Eléctrico.
Por último, en la tercera etapa se realiza el análisis correspondiente para proce-
der a realizar la corrección del fallo y/o perturbación, siendo que, en esta etapa, se rea-
liza las ecuaciones y calculo con el fin de determinar los valores reales necesarios de
Potencia Activa, Reactiva, Aparente y el Factor de Potencia, tanto en cada carga, como
en el sistema Eléctrico en general. A petición del docente, se puntualiza la ocupación
de condensadores para lograr mejorar el factor de potencia para el sistema Eléctrico
conectado.
ESTRUCTURA INTERNA DEL INFORME
Primera Etapa
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Segunda Etapa
DIAGNÓSTICO Y PROCEDIMIENTOS
Tercera Etapa
ANALISIS Y RESULTADOS

II. OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un procedimiento que permita corregir las fallas y/o perturbaciones que
afecta la Calidad de Energía Eléctrica dentro de un sistema, con la herramienta de
Matlab/Simulink.
III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Analizar la conexión eléctrica dada por el docente y dar respuesta a las incógni-
tas encomendadas
- Utilizar Matlab/Simulink para obtener los rangos de Potencia Activa y Reactiva
del circuito eléctrico.
- Realizar las ecuaciones y aplicaciones formulas para encontrar los valores co-
rrespondientes para corregir la falla y/o perturbación.
IV. MARCO TEÓRICO
1. MATLAB – SIMULINK
Según Javier Aracil, 2006. Matlab es un programa de gran aceptación en inge-
niería destinado realizar cálculos técnicos científicos y de propósito general. En él se
integran operaciones de cálculo, visualización y programación, donde la interacción con
el usuario emplea una notación matemática clásica. De igual forma, define a Simulink
como una aplicación que permite construir y simular modelos de sistemas físicos y sis-
temas de control mediante diagramas de bloques. El comportamiento de dichos siste-
mas se define mediante funciones de transferencia, operaciones matemáticas, elemen-
tos de Matlab y señales predefinidas de todo tipo.

Tanto Matlab como Simulink, se constituyeron herramientas valiosas para el
análisis de onda respecto a dos puntos bases que son Huecos de Tención inducidos
por una fuente cullo fluctuación de amplitud esta programada en un determinado tiem-
po, y medición de potencias en cada punto de carga del sistema, todo con el fin lúdico
de entender el procedo que conlleva lo que es Hueco de Tención.
2. HUECO DE TENCIÓN
De acuerdo con Jairon Blanco (2012). Los huecos de tensión son definidos co-
mo variaciones de corta duración con reducciones en el valor de la tensión eficaz entre
el 90 % y el 10 %, y con una duración de 0,5 ciclos a 1 minuto.
De esta forma, la forma de onda, la duración y la caída de tensión son los atribu-
tos principalmente utilizados en la caracterización básica de huecos de tensión. Apli-
cando estos atributos a un conjunto de huecos de tensión, se obtienen resultados que
analizados estadísticamente arrojan información importante para la valoración de la
calidad de la energía eléctrica. La figura 1, se representa en caso de que el hueco de
tensión se presente en una línea monofásica.
Fig. 1 Hueco de Tensión en una línea monofásica

En la figura 2, se presenta cuando el hueco de tención se existe en una red trifá-
sica, y en una de las líneas (sea R, S o T) se presenta un hueco de tención.
Fig. 2 Hueco de tensión en una red trifásica sin puesta a tierra
Podemos apreciar, que la perturbación afecta de forma paralela a las demás lí-
neas, por lo que, un aspecto importante para resaltar de esta última figura es que mien-
tras en la fase a se experimenta la caída de tensión, en las fases restantes se produce
una sobretensión.
3. TRIÁNGULO DE POTENCIAS
Ahora bien, en el caso de determinar las potencias Activa, Reactiva y Aparente,
podemos calcular mediante un grupo de ecuaciones geométricas, representadas me-
diante un triángulo rectángulo.
Consideremos un caso geométrico en el cual se aplica el teorema de Pitágoras,
el cual busca la relación de catetos con respecto a su hipotenusa según (Pitágoras, 526
a.C.)

Si A y B son las longitudes de los catetos de un triángulo rectángulo y C es la
longitud de la hipotenusa, entonces la suma de los cuadrados de las longitudes de los
catetos es igual al cuadrado de la longitud de la hipotenusa.
Es la representación de un triángulo rectángulo. Mostrando la relación entre po-
tencia activa, potencia reactiva y potencia aparente. Cuando cada componente de la
corriente que es el componente activo ( o el componente reactivo ( ) se mul-
tiplica por el voltaje , se obtiene un triángulo de potencia como se muestra en la si-
guiente figura 3.
Fig. 3 Triangulo de Potencias
Las ecuaciones correspondientes serán:

Donde,
: Es la Potencia Activa, medida en W
: Es la Potencia Aparente, medida en VA
: Es la potencia Reactiva, medida en VAr
: Es el factor de potencia.
V. DESARROLLO
La practica de laboratorio con el programa de Matlab en conjunto con Simulink,
partió de la siguiente consideración del docente; como primer punto se planteó dibujar
en Simulink el esquema equivalente de la instalación eléctrica, y se solicitó comprobar
los consumos de las cargas, señales de tensión y corriente en cada una de ellas.
Fig. 4 Esquema del sistema Eléctrico

Los objetivos específicos de la práctica de laboratorio fueron:
1. Calcular la corriente de fase y de línea de la instalación y verificar las señales en
el Matlab/ Simulink.
2. Calcular el desequilibrio en corriente y tensión de la instalación cuando están to-
das las cargas conectadas.
3. Modificar la conexión de las impedancias entre triángulo y estrella y registrar los
valores de corriente y tensión de fase neutro y de línea.
4. Simular una falla monofásica y verificar el comportamiento del sistema.
Previamente, tenemos las siguientes características del sistema Eléctrico
• Tipos de cargas de la instalación (220 V y 60 Hz)
• Un motor trifásico de 10CV, y factor de potencia 0.87
• Un conjunto de receptores conectados formando un triángulo equilibrado que
presentan una impedancia por fase de Z=40+j30 Ohmios.
• Un conjunto de lámparas incandescentes cuya potencia es 3464 W.
• Un motor monofásico conectado en la fase A con una impedancia de Z=82+j96
Ohmios
• Tres cargas monofásicas (calentadores) de 3000W conectadas en la fase B.
1. DIAGNOSTICO
Siguiendo los puntos designados, y conociendo que dentro del sistema se incluyen
cargas monofásicas en las líneas A y B, se trató como un caso de desequilibrio en la
red, y para esto necesitamos conocer:
a. El valor resistivo de los calentadores
b. El valor de la inductancia del motor monofásico

Luego de la obtención de estos valores, se conectó al sistema las debidas cargas, con
esto se permitió el paso a la obtención de los valores de las intensidades que circulan
por cada línea, y, por consiguiente, se realizo el calculo estimado para conocer el des-
equilibrio de corriente y tensión, tratándose de un problema neto de calidad de energía.
Un punto a tener en cuenta es que, el valor que se obtuvo determinante de la resisten-
cia del primer calentador, se lo multiplico por tres (3R) dando como resultado el valor
de la resistencia real a conectar.
De la misma forma, se determino el valor de la inductancia del motor.
Como observación, en el esquema del sistema, la carga motora y la carga de ca-
lentadores no están conectadas correctamente como se solicita en los requeri-
mientos y características previas del sistema. Las dos cargas están conectadas
en la línea A.
2. PROCEDIMIENTO
Para el primer punto (Calcular la corriente de fase y de línea de la instalación y
verificar las señales en el Matlab/ Simulink.)
EL procedimiento de obtención de datos, es el mismo que el de la practica anterior, por
lo tanto, se omitió el procedimiento matemático en la primera fase de este punto.

Se continuó con la medición de las corrientes y tenciones de líneas en la instalación:
Fig. 5. Señal de tención y Corriente
Las tensiones de líneas y corrientes medidas son las siguientes:
LÍNEA TENCIÓN CORRIENTE
A 378.5V 67.12 A
B 368.0V 68.75 A
C 380.2V 64.57 A
Para determinar cuál es la tención base se parte de:
Podemos ver que existe un tipo de desequilibrio tanto de tención como de corriente de
línea, conociendo estos valores pasamos al siguiente punto que es, calcular el desequi-
librio en corriente y tensión de la instalación cuando están todas las cargas conectadas.
Partiendo de la fórmula para determinar el desequilibrio

Los valores de desequilibrio de tensión y corriente son:
Los resultados nos dan un rango minúsculo de desequilibrio.
El procedimiento para modificar la conexión de las impedancias entre triángulo y estre-
lla, y registrar los valores de corriente y tensión de fase neutro y de línea de la siguiente
forma:
Fig. 6. Modulo de coneccion en triangulo

De este módulo podemos determinar directamente la tensión entre líneas y la corriente
que circula por este dispositivo, cuyos valores son:
Estrella Delta
Tensión 269.6 13.19
Corriente 269.5 4.41
Fig. 7. Diferencia de corrientes en estrella y delta
Siendo que en Delta la conexión cuenta con un mayor consumo de energía, mientras
que en estrella no, se puede apreciar que la carga es equilibrada.
También se aprecia que, cuando se varia la conexión de una máquina trifásica, se baria
la cantidad de corriente que consume la misma.

Por último, al simular una falla monofásica y verificar el comportamiento del sistema,
podemos darnos cuenta que el voltaje y corriente se disparan a tal punto de intentar
compensar la línea que falta.
Consideremos el siguiente caso, el sistema pierde una línea por alguna mala conexión,
la señal de la línea antes del fallo es la siguiente:

Los voltajes nominales y las corrientes que circulan por cada línea son las normales y
medidas hasta ahora, ahora veamos la reacción de la señal cuando la línea A se pierde
Las dos fases restantes buscan compensar la fase que se ha perdido, esto en su gran
mayoría genera daños en equipos y sistemas trifásicos donde no hay sistemas de pro-
tección para estos caso, la corriente en A se pierde siendo igual a 0, mientras que el
voltaje en la línea C se eleva por sobre los 370 V, mucho mas de lo normal.
Existen equipos que funcionan de forma correcta ante estos casos, pero es recomen-
dable estar atento al sistema para evitar una de estas pérdidas de línea.
VI. CONCLUSIONES
Pudimos darnos cuenta que el conocimiento básico de las fórmulas para deter-
minar potencias, fue fundamental y plenamente estricto en este informe, debido a que
cimulink me facilitó en gran parte valores como los de corriente.

La practica fue favorable para poder obtener mas conocimiento sobre las herra-
mientas empleadas, debido a un desbalance académico, en ciertos puntos de la prácti-
ca, se tornó un poco difícil utilizar simulink, como por ejemplo en la obtención de los
gráficos, ya que en la herramienta piden claves de producto para tener la oportunidad
de acceder a la simulación y obtener los gráficos.
En conclusión, todo la practica favoreció mucho en el aprendizaje y uzo de nue-
vas herramientas virtuales que son aplicables en el área de la ingeniería eléctrica, con
el fin de mejorar la Calidad de Energía de un sistema eléctrico.
VII. RECOMENDACIONES
• Es necesario tener conocimientos previos del programa Matlab/ Simulink.
• Repasar las formulas de potencia, el sistema da los valores RMS por lo que no
es conveniente calcular de forma trifásica, solo obteniendo el valor de una sola
línea, por que la fuente son generadores individuales, no fuente trifásica en sí.
• Tener la clave de producto activada, si no le pasara lo mismo que a mí me paso.
VIII. BIBLIOGRAFÍA
Javier Aracil (2006), Introducción a Matlab y Simulink, Ingenieria Electrónica-
Regulación Automática, Pg 1-5, link:
http://www.esi2.us.es/~fabio/apuntes_matlab.pdf
Jairon Blanco (2012), Caracteristicas, Identificacion y Localizacion de huecos de Ten-
sion; revision de estado del arte, Ingenieria y Ciencias, ISSIN 1794-9165,
Vol 8. Link: http://www.scielo.org.co/pdf/ince/v8n15/v8n15a10.pdf

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