lab4 2011

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

INSTALACIONES ELECTRICAS I

PROFESOR:

Ing. Jorge Alberto Zetino Chicas.

INSTRUCTORES:

Mauricio Alejandro Flores Berardi.

Roberto Carlos Sánchez Franco.

PRÁCTICA DE LABORATORIO NO. 4

“MEDICION DE POTENCIA Y ENERGIA CON ANALIZADOR DE CALIDAD DE ENERGIA FLUKE 434”.

INTRODUCCIÓN

Actualmente las empresas, industrias o cualquier consumidor de energía eléctrica buscan

optimizar costos para ser más competitivos en el mercado. Para realizar ahorros en los costos se

puede actuar sobre un gran número de parámetros, entre ellos el consumo de energía eléctrica.

Los analizadores de redes disponen de la más alta tecnología, miden una gran variedad de

parámetros eléctricos, con el principal objetivo de obtener el control y la gestión de una

instalación, maquinaria, industria, etc. permitiendo optimizar al máximo los costos energéticos.

MARCO TEÓRICO

Los analizadores de calidad de energía son de elevadas prestaciones. Diseñados para ser

instalados de forma muy sencilla en cualquier instalación y para que su uso sea totalmente

adaptable a cualquier tipo de medida requerida. Disponen de una memoria interna donde se

guardan todos los parámetros deseados, totalmente programables. Además, un mismo analizador

puede contener varios software, cuyas aplicaciones vayan destinadas a distintos tipos de análisis.

Existe una gran variedad de analizadores los cuales exportan o muestran los parámetros eléctricos

directa o indirectamente a través de display y transmiten por comunicaciones todas las

magnitudes eléctricas medidas y/o calculadas.

QUÉ VENTAJAS OBTENEMOS CON LOS ANALIZADORES DE CALIDAD DE ENEGÍA

1. Ahorrar

•

Detectar y prevenir el exceso de consumo de energía kWh.

•

Analizar curvas de carga para ver dónde se produce la máxima demanda de energía.

Detectar la necesidad de instalación de una batería de condensadores, así como su

potencia.

•

Detectar fraude en los contadores de energía.

2. Prevenir

•

Son ideales para realizar mantenimientos periódicos del estado de la red eléctrica, tanto

en baja como en media tensión, ver curvas de arranque de motores, detectar posibles

saturaciones del transformador de potencia, cortes de alimentación, deficiente calidad de

suministro eléctrico, etc.

3. Solventar

•

Poder analizar dónde tenemos un problema en la red eléctrica, para poder solucionar

problemas de disparos intempestivos, fugas diferenciales, calentamiento de cables,

resonancias, armónicos, perturbaciones, flicker, desequilibrios de fases, etc. Al mismo

tiempo, nos permite diseñar los tamaños adecuados para los filtros activos o pasivos de

armónicos y filtros para variadores de velocidad, etc.

•

Conocer la potencia y energía que se consume en un establecimiento (Edificios, Industria,

hogares), para dimensionar un sistema Fotovoltaico.

TIPOS DE ANALIZADORES DE REDES QUE EXISTEN

Analizadores fijos con montaje en panel:

Los analizadores fijos son aquellos equipos cuya característica es que son instalados en la parte

frontal de los gabinetes o tableros eléctricos, permitiendo una visibilidad directa.

Aplicaciones

Aplicación de control en cuadros de distribución y acometidas de baja y media tensión. Control de

alarma, totalmente programable la variable a controlar, el valor máximo, el valor mínimo y el

retardo.

Analizadores fijos con montaje en carril DIN:

Estos analizadores son aquellos equipos cuya característica es que son instalados internamente de

los gabinetes o tableros eléctricos, a través de riel Din por ello el nombre.

Analizador de redes eléctricas trifásicas (equilibradas y desequilibradas) para montaje en carril

DIN, de muy reducido tamaño.

Aplicación

Aplicación de control en cuadros de distribución y acometidas de baja y media tensión. Donde sea

necesario poner un analizador en el carril DIN por problemas de espacio. Control de valores

instantáneos, máximos y mínimos de los parámetros eléctricos medidos.

Figura 2: Analizador DIN para interiores.

Analizadores portátiles Trifásicos

Mide todos los principales parámetros eléctricos de una red eléctrica en verdadero valor eficaz

con 4 canales de tensión y 4 de corriente configurable según las magnitudes que se deseen.

•

Idiomas: español e inglés

•

Display retro iluminado LCD, de gran tamaño

Certificado UL

•

Visualización de hasta 30 parámetros eléctricos en pantalla

Pequeño tamaño y reducido peso, solo 800 g.

•

Configurable mediante menú

•

Posibilidad de trabajar sin alimentación externa con una autonomía de hasta 8 horas

Comunicación RS-232 con PC

•

Auto detección de pinzas

•

Autoselección de parámetros a guardar

•

Cálculo del tiempo restante hasta llenado de memoria

Memoria lineal o memoria rotativa (según configuración)

Aplicación: Estudio completo de una instalación donde el analizador es capaz de realizar

diferentes tipos de registro: armónicos, perturbaciones, comprobación de contadores,

transitorios, flicker, etc.

Figura 3: Analizador portátil fluke 433/434.

OBJETIVOS

Específicos:

Aprender a utilizar el analizador de calidad de energía fluke 434.

Generales:

Realizar un análisis de potencia y energía.

Interpretar los datos obtenidos (Perfil de carga), con cualquier herramienta de software

(Excel, Matlab, etc.).

MATERIAL Y EQUIPO

•

Casco protector

•

Guantes

•

Analizador de calidad de energía Fluke 433/434.

•

Tenaza Amperimetrica

•

Multímetro

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

NOTA:

Para el desarrollo de la práctica es recomendable seguir los pasos como se indican a

continuación y como pre laboratorio haber leído el manual de usuario del analizador FLUKE

433/434. Y acercarse a la subestación de la escuela de ingeniería eléctrica que está ubicada en la

parte trasera de la escuela, frente al edificio de Potencia. Para visualizar que tipo de conexión

posee en el lado primario y en el lado secundario.

A)

INVESTIGAR QUE TIPO DE CONEXIÓN POSEE LA SUBESTACION DE LA EIE:

Al haber investigado acerca del tipo de conexión que posee la subestación en el dado de alta

tensión como en el lado de baja, esta posee una capacidad de 300 KVA y una conexión

estrella-estrella aterrizada este paso es de gran importancia ya que si no se conoce el tipo de conexión que

posee el punto donde se realizaran las mediciones los parámetros medidos serian erróneos y

hasta causarle daños al equipo.

PUNTO DONDE SE INSTALARA EL ANALIZADOR DE CALIDAD DE ENERGIA:

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La imagen anterior muestra el tablero principal de la escuela de ingeniería eléctrica, que está

ubicado en el primer nivel del edificio específicamente en el laboratorio de Sistemas Fotovoltaicos

es en este punto donde instalaremos el analizador FLUKE 434 para realizar el análisis

correspondiente.

B)

CONFIGURACIÓN DEL CABLEADO DEL ANALIZADOR:

PASOS:

1)

Antes de utilizar el analizador, compruebe que el rango de tensión coinciden con el de la

red eléctrica local. Si resultara necesario, cambie el conmutador deslizante del BC430 a la

tensión correcta

2)

Conecte el cargador de batería a la toma POWER ADAPTER (Adaptador de red) situada en

la parte superior del analizador.

3)

Habiendo realizado los pasos anteriores al pie de la letra procedemos a

encender el analizador mediante la tecla de encendido y apagado.

4)

La configuración del cableado también debe coincidir con la configuración del

sistema eléctrico que desea analizar estos cambios los realizamos pulsando la

tecla SETUP (configurar).

Figura D3: Muestra la pantalla de configuración de analizador.

Como mencionamos anteriormente el punto donde se instalara el analizador, es el tablero

principal de la escuela de ingeniería eléctrica este posee una conexión estrella aterrizada. Que es

la que se muestra en la figura D3.

6)

En caso de acceder a la pantalla de configuración que se muestra en la figura D3 y no

poseer la conexión de estrella aterrizada podemos acceder a ella mediante la tecla

F1(MAS), esta tecla nos permite acceder al siguiente menú con otras 4 configuraciones

que se muestran en la figura D4.

Figura D4: Selección de la conexión del sistema electico que posee la EIE.

7)

Al haber seleccionado la conexión requerida. Pulse la tecla de función F5 (ACEPTAR). Para

confirmar y acceder a una pantalla que le mostrara como conectar el analizador al sistema

eléctrico.

C)

CONEXIÓN DEL ANALIZADOR AL PUNTO DE MEDICIÓN:

Tomando como como guía el esquema de la figura D5 procedemos a realizar la conexión dela

tenazas amperimétricas como de las bananas de tensión. El analizador cuenta con 4 entradas

A-B-C-N para pinzas amperimétricas y 5 entradas tipo banana para las tensiones la conexión estas se

muestra en la figura D6 para un sistema trifásico.

8)

Coloque primero las pinzas amperimétricas alrededor de los conductores de fase A (L1), B

(L2), C (L3) y N (Neutro). Las pinzas están marcadas con una flecha que indica la polaridad

de señal correcta.

9)

A continuación, lleve a cabo las conexiones de tensión: comience con la toma de tierra

GND y luego siga con N, A (L1), B (L2) y C (L3), sucesivamente. Para obtener un resultado

correcto cuando realice las medidas, conecte siempre la entrada de tierra.

Figura D6: Conexión del analizador a un sistema de distribución trifásico.

NOTA:

Compruebe siempre dos veces las conexiones. Asegúrese de que las pinzas

amperimétricas están firmemente conectadas y completamente cerradas alrededor de los

conductores.

Para medidas monofásicas, utilice la entrada de corriente A (L1) y las entradas de tensión

de tierra, N (neutro) y fase A (L1).

A (L1) es la fase de referencia para todas las medidas.

D)

CONFIRMACIÓN DE LA CONEXIÓN:

Para confirmar que la conexión este funcionado las pantallas de osciloscopio y diagrama fasorial

resultan útiles para comprobar si los cables de tensión y las pinzas amperimétricas están

conectadas correctamente. En el diagrama vectorial, las corrientes y tensiones de fase L1 (A), L2

(B) y L3 (C) deben aparecer sucesivamente cuando se observan en el sentido de las agujas del

reloj, como se muestra en la Figura D7.

Figura D7: formas de ondas en modo Osciloscopio y diagrama fasorial de un analizador

correctamente conectado.

E)

INFORMACIÓN EN PANTALLA:

A continuación en la figura D8 se muestran los tipos de pantalla que posee el analizador Fluke 434,

y en la tabla 1, se realiza un descripción breve para cada tipo de pantalla y su finalidad. Tenga en

cuenta que la cantidad de información en pantalla depende del número de fases y de la

configuración del cableado que se haya realizado.

DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE PANTALLA

Pantalla de tabla: presenta datos inmediatos de un gran número de valores numéricos de medidas

importantes. Utilizada para: Volt./Amp./Hz, Fluctuaciones, Armónicos, Potencia y energía, Flicker

(Parpadeo), Desequilibrio y Supervisión de la calidad eléctrica.

Pantalla Tendencia: esta pantalla se relaciona con la de tabla permitiendo mostrar las variaciones a

lo largo del tiempo de los valores enumerados en la tabla. Tras seleccionar el modo de medida, el

analizador comienza a registrar las lecturas en la tabla. Utilizada para: Volt./Amp./Hz,

Fluctuaciones, Armónicos, Potencia y energía, Flicker (Parpadeo) y Corriente de arranque.

Pantalla de formas de onda: muestra las formas de onda de tensión y corriente como si se hiciera

con un osciloscopio. El canal A (L1) es de referencia y se muestran 2 ciclos completos con una

tensión inicial de 0 voltios. La tensión y frecuencia nominales determinan el tamaño de la

cuadrícula de medida. Utilizada para: Osciloscopio y Transitorios.

Pantalla de diagrama fasorial: muestra la relación de fases entre tensiones y corrientes en un

diagrama vectorial. El vector del canal de referencia A (L1) se sitúa sobre el eje X positivo. La

amplitud A (L1) sirve también de referencia para el tamaño de la cuadrícula de medida. Utilizada

para: Diagrama fasorial y Desequilibrio.

Pantalla de gráfico de barras: muestra la densidad de cada parámetro como un porcentaje

mediante un gráfico de barras. Utilizada para: Armónicos y Supervisión de la calidad eléctrica.

Tabla 1: Breve descripción de cada tipo de pantalla y su finalidad.

F)

MEDICIONES A REALIZAR (POTENCIA Y ENERGÍA):

Al haber realizado los pasos anteriores con éxito procedemos a tomar los datos de interés, esto se

logra presionado la tecla de MENU como lo muestran las figuras siguientes. La pantalla Potencia y

energía muestra una tabla con todos los parámetros relevantes de la potencia. A continuación se

enumeran los pasos a seguir:

Figura D9: Pantalla que muestra las opciones de menú.

Figura D11: En esta figura se muestra la pantalla de tabla, que indica los valores inmediatos de

potencia activa, aparente, reactiva etc.

La tabla muestra datos de la potencia para cada fase y en total, potencia real o activa (kW),

potencia aparente (kVA, producto de la corriente y tensión rms), potencia reactiva (kVAR,

componente reactivo de la potencia aparente originado por el cambio entre la tensión y la

corriente CA en inductores y condensadores), factor de potencia (PF, proporción de potencia real

respecto a la potencia aparente para el rms total incluyendo los armónicos), factor de potencia de

desplazamiento (DPF o coseno ϕ, proporción de potencia real con respecto a la aparente para el

cálculo fundamental) y los 12 ó 10 valores rms de ciclo de corriente y tensión.

OBSERVACIONES:

Los símbolos indican si la carga es capacitiva

o inductiva

.

Si observa una lectura de factor de potencia o una potencia negativa y existe conexión con

una carga, compruebe que las flechas de las pinzas amperimétricas apuntan hacia la carga.

Una vez seleccionamos la opción de potencia y energía el analizador se queda guardando los

datos en su memoria interna, por lo general estas lecturas se deben realizar como mínimo

durante una semana.

Bloqueo del teclado:

El teclado puede bloquearse para evitar que se realicen operaciones accidentalmente siempre que

haga medidas y deje el instrumento desatendido:

G)

CAPTURA DE PANTALLAS, UTILIZACIÓN DE LA MEMORIA Y COPIA DE DATOS AL PC:

Utilización de la memoria:

El analizador guarda los resultados de las medidas de dos formas

diferentes:

1. Se puede almacenar una copia de la pantalla visualizada. En el Fluke 434 se pueden guardar un

máximo de 50 capturas de pantalla. El Símbolos de las capturas de pantallas es:

Realización de una captura de pantalla

Pulse esta tecla para hacer una captura de pantalla.

La captura de pantalla es un proceso rápido y fácil para guardar los resultados de la medida. No

obstante, no es posible un procesamiento posterior. Cada vez que pulse este botón, se guardará

una pantalla como un archivo con la fecha y hora en que guardó. Esta operación se realiza a través

de un menú en el que debe definir un nombre de archivo. Para ello, utilice las teclas de flecha: las

teclas hacia arriba/hacia abajo le permiten seleccionar los caracteres y las teclas hacia la

izquierda/hacia la derecha seleccionar su posición. Los espacios se insertan con la tecla de función

F3.

2. Es posible guardar conjuntos de datos completos de la medida en curso. Un conjunto de datos

contiene toda la información de la medida. Esto le permite ver y analizar todas las pantallas de la

medida, además de utilizar el cursor y el zoom. En el Fluke 434 se pueden guardar un máximo de

10 conjuntos, el símbolo para el conjunto de datos es:

Copia de datos al PC:

El analizador está equipado con un puerto óptico RS-232 que permite establecer la comunicación

con un PC o una impresora. Para la conexión con el puerto USB del PC, se suministra un cable

óptico de comunicación modelo OC4USB junto con el Fluke 434. El software

FlukeView que

acompaña al Fluke 434 permite cargar datos y capturas de pantalla de las formas de onda en

formato de mapa de bits en un PC.

CUESTIONARIO

1)

¿Por qué es de mucha importancia la calidad de la energía, para un usuario industrial y

que ventajas posee al tener un servicio con estas características?

2)

¿Qué es la distorsión armónica y porque es ocasionada?

3)

¿Qué son los fluctuaciones de tensión mencione los tres tipos que existen esquematice?

4)

¿Qué son los armónicos?

5)

¿Por qué son causados los armónicos y que problemas causan a nuestra instalación?

6)

Si midiéramos los armónicos en el tablero principal de la escuela de ingeniería Eléctrica y

el resultado de esta lectura con el analizador redes fluke 434, nos muestra una señal sin

distorsión, que señal esperaríamos, como resultado: una componente, varios

componentes o ningún componente explicarlo mediante un gráfico de amplitud Vrs

frecuencia.

7)

Las compañías Eléctricas, a menudo cobran a los clientes industriales tomando el valor

más alto de utilización media de la energía durante una franja de tiempo ¿Esta franja de

tiempo de cuánto es y se mide en horas minutos o segundos Explique y esquematice

mediante un gráfico?

8)

¿Qué es un transitorio y que problemas presentan nuestros equipos al ocurrir un evento

de esta naturaleza?

9)

¿Cuál es la diferencia entre voltaje nominal y voltaje de utilización?

10)

¿Qué es un perfil de carga y para que se utiliza?

11)

¿Qué son los flicker?

REALIZAR ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS:

Con los datos proporcionados, de una medición de potencia y energía realizada en el tablero

principal de la escuela de ingeniería eléctrica (Descargarlos del sitio de la asignatura), realizar un

análisis en cualquier software de preferencia (Excel, Matlab, Octave etc.) para:

•

Mostrar el perfil de carga de la medición completa (una semana).

•

¿En qué periodo de tiempo se consume mayor energía?

•

¿En qué periodo de tiempo se consume menos energía?

•

¿Cuál es el pico máximo de potencia y en qué tiempo ocurrió?

•

Si me pidieran averiguar cuantos KVA, se están consumiendo de una subestación de 150

KVA, que se está sobrecalentando que medidas debería realizar con el analizador explique.

•

Cuanto es el consumo semanal en la EIE; Estime el valor mensual.

REFERENCIAS

: