Este documento trata sobre la calidad de energía en sistemas eléctricos. Explica conceptos como armónicos, sus fuentes y problemas causados. Luego presenta soluciones a problemas de armónicos como filtros y compensación reactiva. Finalmente, cubre temas como definición de factor de potencia, selección de sistemas de compensación reactiva y marco normativo.

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Ingeniería de Aplicaciones – Consorcio Minero Horizonte S.A / Mayo 2015
POWER CAPACITORS S.A.C.
CALIDAD DE ENERGIA DE LOS
SISTEMAS ELECTRICOS
Ing. CIP. Edwin Campos
edwin.campos@power-capacitors.com
COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU- MAYO 2018

2. CALIDAD DE ENERGIA DE LOS SISTEMAS ELECTRICOS
 Definición de armónicos
 Fuentes de armónicos
 Problemas causados por armónicos
 Solución a los problemas por armónicos
 Definición de Factor de Potencia
 Selección de Sistemas de compensación reactiva
 Marco normativo .Ventajas de la Buena calidad de
energía.
 Portafolio Power Capacitors.
INDICE DEL TALLER :
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3. Análisis de armónicos
 Para redes de energía, 50 Hz (60 Hz) es la frecuencia
fundamental y 150 Hz (180 Hz), 250 Hz (300 Hz) etc. son los
armónicos de orden superior 3rd & 5th
 Armónicos impares (5th, 7th…..)
 Armónicos multiplos de 3 (3rd, 9th , 15th ..)
 Los multiplos no enteros de la frecuencia fundamental de
cualquier onda periódica se le llaman inter-armónicos por
ejemplo 2.5th  125 Hz a 50 Hz base
¿Qué son armónicos?
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4. Armónicos
¿Qué son los armónicos?
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Perfil sinusoidal teórico del comportamiento AC del voltaje o corriente
Perfil sinusoidal distorsionado (real) del comportamiento AC del voltaje o corriente

5. Concepción Matemática de los Armónicos
Armónicos
 De manera formal los armónicos son analizados mediante herramientas matemáticas. El
matemático y físico francés Jean-Baptiste Joseph Fourier desarrollo la herramienta
matemática para descomponer funciones periódicas en series trigonométricas.
 Toda forma de onda periódica puede descomponerse en sus componentes armónicos.

5

6. Análisis de armónicos
Representación de armónicos
0%
5%
10%
15%
20%
25%
5 7 11 13 17 19 23 25
Dominio del tiempo
Dominio de la frecuencia
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7. Armónicos
Influencia de los armónicos
 Incrementan el nivel de pérdidas
 Sobrecarga de equipos
 Incrementa el estrés eléctrico de los aisladores
 Distorsión
 Distorsiona el comportamiento de los relés de
protección y el control en general
 Fuente de error en los sistemas de medición
 Producen interferencia en los sistemas de onda
portadora.
 El enemigo principal de un Condensador o Banco de
condensadores son los armónicos.
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8.  La mayoria de las cargas no lineales tienen forma de
ondas simétricas.
 La mayoria son de seis unidades de pulso;
 Orden de los armónicos generados: P*(k±1), P es el
número de pulso VSD & k es un número entero.
Análisis de armónicos
Análisis de Fourier
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9. Distorción total armónica (THD)
 Importancia relativa de los armónicos con respecto a la
fundamental

(expresado en %)
 THD(U): Tasa de distorción de tensión
 THD(I): Tasa de distorción de corriente
1
2k
2
k
C
C
THD



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Calidad de energía
Normas clave de armónicos
 IEC 61000-series (depende de la corriente y la industria). (THDv < 8%)
 IEEE 519 (1992): Métodos recomendados y Requisitos para el control de
armónicos en sistemas de energía eléctrica (THDv < 5%)
 Norma Técnica de Calidad de Servicios Eléctricos (NTCSE)

11.  Energía electrónica, convertidores, drives...
 Rectificadores
 Inversores
 UPS
 Son conocidos como cargas NO LINEALES.
¿De dónde vienen los armónicos?
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12. ¿De dónde vienen los armónicos?
Sistemas de iluminación fluorescente
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13.  Computadoras
 Impresoras
 Fax
 ...
Pequeños pero
Si existen muchos de estos
dispositivos en un mismo
sistema…
¿De dónde vienen los armónicos?
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14. ¿Dónde encontrar fuentes de armónicos?
 Cargas (no-lineales) están en todos lados e
incrementándose
 Cargas industriales (principalmente sistemas de 3-hilos)
 AC y DC drives, sistemas UPS, …
 Armónicos entre fases, desbalance, a veces energía
reactiva.
 Cargas comerciales (pricipalmente sistemas de 4 hilos)
 Todos los equipos de oficina como computadoras,
lamparas, fotocopiadoras, fax…
 Armónicos en el neutro y entre fases, desbalance, a veces
energía reactiva
Resumen
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15.  Disparos intempestivos por los circuit breaker
 Incremento de RMS  Térmicamente
 Incremento de picos  Magnéticamente
 Fusibles fundidos
 Quemas de tarjetas electronicas
Problemas creados por armónicos
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16. Problemas creados por armónicos
Excesivo calentamiento de los dispositivos
 Distorsión  Incremento de RMS
Perdidas # R . I2
RMS = R . I1
2 + R . Ih
2
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Calentamiento extra
por armónicos

17.  Recalentamiento (incluso quemaduras) en los componentes de la
red, daño a los equipos electrónicos sensibles; falla de
proteccion de los dispositivos; problemas en la operación del
sistema; altos costos, deterioro de los condensadores, etc.
Calidad de energía
Problemas técnicos creados por armónicos
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Clasificación de armónicos
Orden Grupo Efectos
n = 1 Fundamental Potencia activa
n = 3k + 1 Secuencia + Calentamiento
n = 3k – 1 Secuencia - Calentamiento y problemas
de motor
n = 3n Secuencia 0 Calentamiento y problemas
en el neutro

19.  Corriente neutra excesiva
(principalmente armónicos de secuencia cero)
Problemas creados por armónicos
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Problemas creados por armónicos
Problemas con capacitor
 Disminución de la impedancia con frecuencia
 Problemas de resonancia
Frecuencia
ZC # 1/f
& =
Sobre carga del capacitor
Debido a su baja impedancia, los capacitores son mas
suceptibles a armónicos de orden alto. Si no se protege del
stress armónico, el capacitor puede fallar pronto.

21. Armónicos
• Bobinados diseñado a medida para
soportar los armónicos por corriente. Por
ejemplo, el factor K del transformador.
Transformador
sobredimensionado
• Alimentadores dedicados para fuentes no
lineales.
Aislamiento de
fuentes no lineales
• Circuito LC sintonizado proporcionando
baja Z de cierto orden de armónico de
corriente.
Filtros pasivos
• Remover cada armónico inyectando fases
opuestas de armónicos de corriente.
Filtros activos
Solución a los problemas causados por armónicos
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POWER CAPACITORS S.A.C.
DEFINICION DE FACTOR DE
POTENCIA

23. Resumen de categorías de cargas
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R L C
Horno, calentador,… Motor, dispositivos
bobinados,…
Capacitores, bancos,…
P
W or kW
Q
var or kvar
Q
var or kvar
VAC
IC 
90°
IL

90°
VAC
IR

VAC

24. El triángulo de potencia:
 Análogamente, los motores requieren potencia
REACTIVA para crear el campo magnético, mientras
que la potencia ACTIVA produce el trabajo útil
(potencia en la flecha del motor)
Potencia Activa (kW):produce trabajo útil
Potencia Reactiva
(kVAr)
Crea el campo
magnético
Potencia Total (kVA)
Por lo que uno paga !!!

25. FACTOR DE POTENCIA
El Cos Ф = P / S
Indicará el “rendimiento eléctrico” de
una instalación.
kVA
kW
Cos
parenteAPotencia
ActivaPotencia
potenciadeFactor




26. Cos  típicos

27. Power Capacitors SAC August 22, 2015 | Slide 7
Eficiencia energética y calidad de energía
Energía reactiva
Armónicos
Desbalance de carga
Flicker, Spikes,
Caídas de tensión &
Sobretensiones
Mejoramos la eficiencia energética mejorando la calidad
de energía, corrigiendo los siguientes puntos:

28. Power Capacitors SAC August 22, 2015 | Slide 7
Calidad de Energía
Factor de potencia
¿Por qué mejorar factor de potencia?
 El bajo factor de potencia contiene mayor energía reactiva. Esto
puede traer como consecuencias:
 Penalidades (Pagar reactivos en los pliegos tarifarios)
 Equipos sobre dimensionados (por ejemplo polos y cables)
requeridos para la fuente de alimentación.
 Problemas de capacidad en el Sistema, lo que genera
‘apagones’.
 Mayor costo de operacion debido a la maxima demanda de
las cargas – kVAr (kVA) tarifa y perdida de energía.
 Mas energía perdida y requerimientos de energia lo que
genera un incremento en las emisiones de CO2.
Incremento del factor de potencia = ahorro

29. Cálculo de ahorro de energía
Regulacion del Mercado
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 Penalidad para factor de potencia < 0.96
(Perú)
cos 0.744
P
Q
S
Zona de penalidad
Qcomp
Zona sin penalidadcos 0.96
S

30. Mejoramiento del Factor de Potencia
- El factor de potencia mínimo debe de ser 0.96.
- Los motores de inducción operan con un bajo factor de
potencia.
- El factor de potencia de las plantas industriales es
bajo.
- Para mejorar el factor de potencia se usa motores
sincronos o capacitores.

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POWER CAPACITORS S.A.C.
SELECCION DE SISTEMAS DE
COMPENSACIÓN REACTIVA Y
SERVICIOS ESPECIALIZADOS

32. SISTEMAS DE COMPENSACION REACTIVA EN MEDIA TENSION
SELECCIONANDO LA MEJOR SOLUCIÓN
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Solución
Contenido
Armónico
Objetivo
Compensacion
Reactiva
Ninguno. De
valores
despreciables
Bancos de
condensadores con
Reactancias Inrush
Si. Pero no es un
problema. Valores
apreciables
Bancos de
condensadores con
Reactancias
Antiresonantes
Si, son un problema
y deben ser
limitados
Filtro de
Armónicos

33. PORTAFOLIO DE SERVICIOS
-ESTUDIOS DE CALIDAD DE ENERGÍA Y RESONANCIA ARMONICA
-DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS DE COMPENSACIÓN REACTIVA
-INFORMACION TECNICA DEL BANCO DE CONDENSADORES
Mediciones en campo Estudio y Análisis
Se realizan mediciones de
las variables eléctricas y
armónicos de tensión y
corriente. Las mediciones
son realizadas por equipos
homologados por el
Osinermin. Disponemos de
analizadorPQ-BOX(Alemania)
Se analiza la información de
las mediciones. Se modela el
sistema en un software de
sistemas de potencia
(Digsilent / Etap).
El estudio es de acuerdo a
los estándares internaciones
IEEE 519 e IEC y las normas
peruana NTCSE.
Informe Técnico
El resultado, el análisis del
estudio, archivos fuente, son
entregado en un informe
Técnico con CD.
El resultado es el estatus de
las variables eléctricas o el
dimensionamiento del Banco
de condensadores o filtro de
Armónicos.

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POWER CAPACITORS S.A.C.
MARCO NORMATIVO

35. 3) Normativa
 NORMA TÉCNICA DE CALIDAD DE SERVICIOS ELÉCTRICOS (NTCSE)
 La Calidad de Producto suministrado al Cliente se evalúa por las transgresiones de
las tolerancias en los niveles de tensión, frecuencia y perturbaciones en los puntos de
entrega. El control de la Calidad de Producto se lleva a cabo en períodos mensuales,
denominados “Períodos de Control”.
 Se llevan a cabo mediciones independientes de cada parámetro de la Calidad de
Producto. El lapso mínimo de medición de un parámetro es de siete (7) días
calendario continuos, con excepción de la frecuencia cuya medición es permanente
durante el Período de Control.
 En cada Período de Medición, los valores instantáneos de los parámetros de la
Calidad de Producto son medidos y promediados por intervalos de quince (15)
minutos para la tensión y frecuencia, y diez (10) minutos para las perturbaciones.
Estos períodos se denominan “Intervalos de Medición”.
35

36. 3) Normativa
NORMA TÉCNICA DE CALIDAD DE SERVICIOS ELÉCTRICOS (NTCSE)
Tensión RMS
 Las tolerancias admitidas sobre las tensiones nominales de los puntos de entrega
de energía, en todas las Etapas y en todos los niveles de tensión, es de hasta el
±5.0% de las tensiones nominales de tales puntos. Tratándose de redes secundarias
en servicios calificados como Urbano-Rurales y/o Rurales, dichas tolerancias son de
hasta el ±7.5%.
 Se considera que la energía eléctrica es de mala calidad, si la tensión se encuentra
fuera del rango de tolerancias establecidas en este literal, por un tiempo superior al
cinco por ciento (5%) del período de medición.
36

37. 3) Normativa
Norma Técnica de Calidad de Servicios Eléctricos (NTCSE)
Perturbaciones
37
ORDEN (n) DE LA ARMÓNICA
ó THD
Media y Baja
Tensión
(Armónicas Impares no múltiplos de 3)
5 2 6
7 2 5
11 1.5 3.5
13 1.5 3
17 1 2
19 1 1.5
23 0.7 1.5
25 0.7 1.5
Mayores de 25 0.1 + 2.5/n 0.2 + 12.5/n
(Armónicas impares múltiplos de 3)
3 1.5 5
9 1 1.5
15 0.3 0.3
21 0.2 0.2
Mayores de 21 0.2 0.2
(Pares)
2 1.5 2
4 1 1
6 0.5 0.5
8 0.2 0.5
10 0.2 0.5
12 0.2 0.2
Mayores de 12 0.2 0.2
THD 3 8
Vi ó THD
(% con respecto a la Tensión
Nominal
del punto de medición)
Alta y Muy
Alta Tensión

38. © Power Capacitors Manufacturers S.A.C
May 30, 2018 | Slide 38
Ingeniería de Aplicaciones – Consorcio Minero Horizonte S.A / Mayo 2015
POWER CAPACITORS S.A.C.
VENTAJAS DE LA CALIDAD DE
ENERGIA DE LOS SISTEMAS
ELECTRICOS Y DE LA
IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS
DE COMPENSACIÓN REACTIVA

39. © ABB Group
May 30, 2018 | Slide 39
Ventajas de los sistemas de compensación reactiva
 ¿TUS COSTOS POR ENERGÍA SON MUY ALTOS?
 ¿QUISIERÁ REDUCIR SU FACTURACIÓN ELECTRICA?
 ¿QUISIERÁ REDUCIR LAS PERDIDAS ELECTRICAS
DE TU SISTEMA ELECTRICO?
 ¿QUISIERÁ MEJORAR SU EFICIENCIA?
 ¿CONOCE LOS CONCEPTOS DE CALIDAD DE
ENERGÍA?
 ¿SU RED ELECTRICA TIENE PRESENCIA DE
ARMONICOS? ¿ COMO MITIGAMOS SUS
ARMONICOS?
 ¿QUIERE TENER MAYOR POTENCIA DISPONIBLE EN
SUS TRANSFORMADORES Y PODER ALIMENTAR
OTRAS CARGAS?

40. Power Capacitors cuenta con un completo portafolio
para cada una de sus necesidades..
© ABB Group
May 30, 2018 | Slide 40

41. Power Capacitors SAC August 22, 2015 | Slide 7

42. Power Capacitors SAC August 22, 2015 | Slide 7

43. Power Capacitors SAC August 22, 2015 | Slide 7
Contactos:
ventas1@power-capacitors.com
edwin.campos@power-capacitors.com