Este documento trata sobre la calidad de la potencia eléctrica. Explica los parámetros que definen la calidad de la potencia como la frecuencia, amplitud, abatimiento, armónicos y flicker. También describe los documentos de referencia de la IEC para la medición de estos parámetros y los retos actuales en la medición de calidad de la potencia, incluyendo la compatibilidad electromagnética y las mediciones en redes inteligentes.

1. CALIDAD DE LA POTENCIA
CALIDAD DE LA POTENCIA
É
É
ELÉCTRICA
ELÉCTRICA
Centro Nacional de Metrología
Miembro del
Miembro del
Comité Electrotécnico Mexicano ‐ IEC
René Carranza López Padilla
Noviembre 2013

2. CONTENIDO
CONTENIDO
1.INTRODUCCIÓN
2.METROLOGIA, NORMALIZACIÓN Y
Ó
ACREDITACIÓN EN CALIDAD DE LA
POTENCIA
3.RETOS EN LA MEDICIÓN DE CALIDAD DE
LA POTENCIA
4.CONCLUSIONES

3. 1
1 INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
1
1. INTRODUCCIÓN
. INTRODUCCIÓN

4. Disturbios
Disturbios en el
en el sistema
sistema eléctrico
eléctrico:
:
Disturbios
Disturbios en el
en el sistema
sistema eléctrico
eléctrico:
:
¿Calidad de la Potencia Eléctrica
o
Compatibilidad Electromagnética?
• Equipos
• Sistemas electrotécnicos
Sistemas electrotécnicos
• Tecnologías electrotécnicas, de la
información
• Normas, calibración y acreditación
• Personas

5. Disturbios en el sistema eléctrico
1.Abatimiento (sag)
( g)
2.Incremento (swell)
3 Corrimiento de frecuencia
¿Condiciones
l d
3.Corrimiento de frecuencia
4.Desbalance
normales de
operación?
5.Interrupciones
6.Armónicos
¿Transitorios?
7.Flicker
8.Estabilidad de sistemas (sincrofasores)

6. P 128 km R
Falla 3 fases
Falla 3 fases
y liberada
después de
200 ms 600 MVA
400 kV
inicio de
la falla
400 kV
“columpio” de potencia entre P y R
Forma de
onda de
tensión en
tensión en
fase A en
punto P
fin de la
falla

7. Decremento exponencial de amplitud y frecuencia
inicio de
la falla
fin de la
falla

8. Reto mundial: Calidad
Calidad
de la Potencia Eléctrica
de la Potencia Eléctrica
de la Potencia Eléctrica
de la Potencia Eléctrica
Calidad de la Potencia en Área Amplia
(digitalizadores sincronizados por GPS)
Pérdidas
V2/R
Pérdidas en
procesos
industriales
Flicker
(digitalizadores sincronizados por GPS)
V /R
Calentamiento
de neutro:
desbalance
Resonancia por
armónicas
desbalance
Estudio reciente:
Pruebas de campo a
I d i d l R d
En Europa, los costos relacionados con la
Calidad de la Potencia son responsables
de una seria reducción del desempeño
industrial con un impacto económico que Pruebas de campo a
Energías Renovables
(CP y Eficiencia
Energética)
Impedancia de la Red
(mediciones de campo
VS modelos de red)
industrial, con un impacto económico que
excede € 150 000 millones/año

9. Redes Eléctricas
Inteligentes y
Calidad de la
Calidad de la
Energía
• Flujo bidireccional de
• Flujo bidireccional de
potencia
• Generación remota y
local
• Control de Redes de
Área Amplia (WANs)
• Fuentes fluctuantes
de energía (eólica
de energía (eólica,
fotovoltaico)
• Carga no‐lineal y
difícil de predecir
Red Eléctrica
Red Eléctrica
Inteligente
Inteligente
RETOS
• Control DINÁMICO de
redes
redes
• Calidad de la
potencia en tiempo
real

10. 2
2. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y
. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y
2
2. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y
. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y
EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD EN
EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD EN
CALIDAD DE LA POTENCIA
CALIDAD DE LA POTENCIA
CALIDAD DE LA POTENCIA
CALIDAD DE LA POTENCIA

11. Documentos de referencia
IEC 61000‐4‐30 Métodos de medición e interpretación
de resultados de medición de
parámetros de calidad de la potencia
IEC 61000‐4‐7 Requerimientos de instrumentos para
medir componentes espectrales en
f i h t 9 kH
frecuencias hasta 9 kHz.
IEC 61000‐4‐15 Especificación funcional para medidores
de percepción de parpadeo (flicker) para
fluctuaciones de la forma de onda de la
fluctuaciones de la forma de onda de la
tensión

12. Parámetros de calidad de la potencia
Serie IEC 61000
Parámetros de calidad de la potencia Métodos de medición
Frecuencia del sistema IEC 61000‐4‐30
A lit d d l t ió d l i i t lé t i IEC 61000 4 30
Amplitud de la tensión del suministro eléctrico IEC 61000‐4‐30
Abatimiento (dip) o incremento (swell) IEC 61000‐4‐30
Interrupciones de tensión IEC 61000 4 30
Interrupciones de tensión IEC 61000‐4‐30
Transitorios de tensión IEC 61000‐4‐30
Desbalance de suministro de tensión IEC 61000‐4‐30
Desbalance de suministro de tensión IEC 61000 4 30
Señalización en el suministro de tensión IEC 61000‐4‐30
Cambios abruptos de tensión IEC 61000‐4‐30
p
Desviación por arriba/abajo IEC 61000‐4‐30
Armónicas de tensión IEC 61000‐4‐7
Inter armónicas de tensión (señal < 3 kHz) IEC 61000‐4‐7
Parpadeo de la tensión (flicker) IEC 61000‐4‐15

13. IEC 61000 – 4 – 30: métodos de medición de calidad
de la potencia
de la potencia
• definición de condiciones de medición de los
• definición de condiciones de medición de los
parámetros de calidad
l bilid d d l di i i
• asegurar la comparabilidad de las mediciones sin
importar el instrumento utilizado ni las condiciones
ambientales
• asegurar que el método de medición que utiliza un
medidor mida el mensurando de interés
medidor, mida el mensurando de interés
• advierte sobre el efecto de los transductores de los
did d lid d d l t i
medidores de calidad de la potencia.

14. Abatimientos de tensión. (DIP) : reducción temporal de la tensión por
arriba de un nivel determinado
Modelo matemático Forma de onda
100 0
150.0
200.0
     
 
t
sen
V
t
V
t
v A
RMS
A 

profundidad
Udin
histéresis
• Profundidad = porcentaje de UDIN o
USR
• Residual Ures 0.0
50.0
100.0
residual
profundidad
• Nivel de disparo =UDIN o USR
• Histéresis = 2 % Udin -100.0
-50.0
0.0
• Medición básica = URMS (1/2)
• Evaluación: Ures y duración -200.0
-150.0
t0 duración t1
• Incertidumbre Ures < 0.2 Udin
t0 duración t1

15. Incremento de tensión (swell) : incremento temporal de la tensión
arriba de un nivel determinado
Modelo matemático Forma de onda
200.0
250.0
     
 
t
sen
V
t
V
t
v A
RMS
A 

• Altura = porcentaje de UDIN o USR
• Residual Ures
100.0
150.0
máximo
Udin
histéresis
• Nivel de disparo= UDIN o USR
• Histéresis = 2 % Udin
t0
t1
-50.0
0.0
50.0
• Medición básica = URMS (1/2)
• Evaluación: UMAX y duración
t1
-150.0
-100.0
• Incertidumbre USWELL < 0.2 Udin
-250.0
-200.0
t0 duración t1

16. Desbalance en el suministro de tensión
Método de Componentes Simétricas
p
• convierte fasores desbalanceados (tensión o corriente), en tres conjuntos
de secuencia de fase positiva (fsp), negativa (fsn) y cero (fsc)
• una secuencia desbalanceada es igual a la suma de fsp + fsn + fsc
V
Va
Vc
Va1
Va2
Va0
120° 120°
+ +
= Vb0
c
Vc1 Vb1
120°
Vb2 Vc2
120°
= Vb0
Vc0
Vb
Vb2 Vc2
Secuencia Secuencia Secuencia
Tensiones en
positiva
fsp
negativa
fsn
cero
fsc
desbalance iguales
a la SUMA de:

17. Forma de Onda NRC05‐Canadá
Armónicas:
• 1 a 49
C dif t
• Con diferentes
amplitudes y
fases
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml

18. Forma de Onda de Corriente IEC 61000‐3‐2 Clase A usada en
NPL‐Inglaterra para servicio de calibración
Armónicas:
• 1 a 39
• Con diferentes
amplitudes y
fases
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml

19. Forma de Onda de Corriente en horno de arco
eléctrico.
eléctrico.
Armónicas:
• 1 a 9
C dif t
• Con diferentes
amplitudes y
fases igual a
cero
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml
McGranaghan M.F, Dugan R.C, King J.A and Jewel W. T. 1984 Distribution feeder
harmonic study methodology. IEEE PAS_103, 1984

20. IEC 61000-4-15: Flicker
• Conexión-desconexión de carga en procesos industriales
• Uso de dispositivos eléctricos de potencia en el suministro

21. IEC 61000 – 4 – 15 /2003 : técnicas de prueba y
medición – Medidor de Flicker – especificaciones de
medición Medidor de Flicker especificaciones de
diseño y funcionalidad
• Flicker es causado por variaciones en las cargas.
• Interés en variaciones de la amplitud de la carga.
• El medidor de Flicker simula la percepción humana
de una lámpara incandescente

22. Metrología, Normalización y Evaluación de la Conformidad
Patrón de Referencia
Parámetros de Calidad de la
Potencia Eléctrica
Patrones
Nacionales
CENAM
IEC 61000‐4‐30
Potencia Eléctrica
CENAM
ANCE,
IEC 61000‐4‐7
IEC 61000‐4‐15
,
NYCE
CFE
Laboratorios
acreditados
Calibración y Pruebas
Calibración y Pruebas
Instrumentos de
medición
medición
INDUSTRIA
Usuarios en general

23. 3
3. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA
. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA
3
3. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA
. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA
CALIDAD DE LA POTENCIA
CALIDAD DE LA POTENCIA

24. Compatibilidad Electromagnética Baja Frecuencia
MAPA RUTA TECNOLÓGICA: Metrología de Redes Inteligentes de Energía
Patrón Nacional
Calidad Energía
Realización
experimental
Patrón Nacional Watt Cuántico
TP + TC banda ancha
Medidores
inteligentes
Potencia y Energía
en banda ancha
Medición Calidad de la Potencia
en sitio en Transmisión
Energy
harvesting
Margen reducido de carga
(medición en sitio)
Sensores remotos;
optimización de redes
Aplicación
metrológica
Calibración
medidores Calidad
Potencia en campo
avanzados
Convertidores
inteligentes de energía
Metrología Sincrofasores
Metrología para modelos inteligentes:
Predicción de Contingencias en RIE
Metrología para semiconductores de
Electrónica avanzada: inversores
g
Metrología de Alta Tensión Continua (1.4 MVCC)
Calidad de la Potencia de Área Amplia;
impedancia de la Red
Metrología para semiconductores de
baja potencia; iluminación de estado
sólido; pérdidas en materiales
Metrología Eléctrica Cuántica
Ef t J h Ef t H ll I d i P t i
Ciencia y
l í
Metrología Eléctrica en Tiempo Real
Análisis Tiempo‐Frecuencia‐Amplitud
Nanometrología Eléctrica
S C it B t í
2014 2015 2018 2020 2024
Efecto Josephson, Efecto Hall, Impedancia, Potencia
Transductores Tensión y Corriente de Banda Ancha
Tecnología Super Capacitores y Baterías
Super conductores

25. Power Quality EMC compatibility of equipment (appliances meters network devices)
Energía Eléctrica 2013‐2018 (Inglaterra)
Q y
(PQ)
EMC compatibility of equipment (appliances, meters, network devices)
Reactive power management
Wide area PQ measurements (field measurements)
PQ propagation in grids
Grid impedance
PQ mitigation tools
PQ intercomparisons
Metering EMC compliance
Metering of complex signals (bad PQ, field measurements)
Improved metrology‐grade non‐invasive sensors for on‐site
measurements
Measurement/regulation/testing for consumers' meters/networks
Legal metrology
Legal metrology
Linearity (low load performance, e.g. CTs)
Overall system accuracy (system validation, effects of interference)
Smart Meter calibration status monitoring / validation
Smart Meter calibration status monitoring / validation
Metering supporting e‐mobility (cars, busses, trains)

26. Reducing losses Loss measurement in HV/MV grids (e.g. HCDC converters ‐ IBGTs, power
transformers)
Energía Eléctrica 2013‐2018 (Inglaterra)
transformers)
Power measurement of complex signals
Metrology for support of efficiency claims
Losses in power electronics / converters
System stability Reactive power management
Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location)
Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location)
Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in HV grids
Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in MV/LV grids
Increase grid data availability for testing grid state estimation models
Protection schemes / controlled islanding
Real time control and balancing (po er meas rement rather than energ )
Real‐time control and balancing (power measurement rather than energy)
Grid time stamped measurements and control
Synchrophasor (PMU) traceability infrastructure
Grid time and frequency traceability/infrastructure
Study / modeling of effects of links with other grids (e.g. interdependency with gas
grids, heating, water)

27. Abril 2013: Sismo en Michoacán: caída de frecuencia
Medición de frecuencia CENAM
59.90
60.00
59.60
59.70
59.80
59.30
59.40
59.50

28. 20:16:41 HRS DISPARO DE
( )
FRECUENCIA EN GUATEMALA
PETACALCO U‐ 1, 3, 5 y 6 (1375 MW)
20:16:44 HRS
DISPARO DEL ENLACE
MEX‐GUA CON ‐176 MW
20:23:06 HRS
FREC. NOMINAL
FRECUENCIA EN CFE
20:17:17 HRS 59.62 HZ
DISPARO MDP‐U2
CON 130 MW
20:17:08 HRS
59.3 HZ OPERACIÓN DEL
PRIMER PASO DE ESQUEMAS
DE BAJA FRECUENCIA

29. 4. CONCLUSIONES
4. CONCLUSIONES
4. CONCLUSIONES
4. CONCLUSIONES

30. Calidad de la Potencia Eléctrica
Calidad de la Potencia Eléctrica
Cómo reaccionar ante un evento si:
 No veo lo que pasa (transductor no adecuado)
 No entiendo lo que está pasando (mediciones no
coherentes con el modelo de la red eléctrica)
 Ante el mismo fenómeno:
 Actúo a tiempos distintos
 Recibo información diferente

31. Calidad y CONFIABILIDAD
y CONFIABILIDAD de la
P t i
Potencia
Un mismo parámetro de Calidad de la Potencia pero
Un mismo parámetro de Calidad de la Potencia pero
diferentes tecnologías de medición??
Trazabilidad a diferentes tecnologías de medición??
I fi i i d é i ??
Insuficiencia de normas técnicas??
Insuficiencia de laboratorios de calibración y
Insuficiencia de laboratorios de calibración y
pruebas??

32. CALIDAD
CALIDAD DE
DE
LA POTENCIA
LA POTENCIA
¿
¿Así
Así?
?

33. ¿o así?

34. Gracias
rene.carranza@cenam.mx