Metodología de Investigación 3.1 Tipos de Investigación
Según (Montes, 2014) “La investigación tecnológica tiene como propósito aplicar el conocimiento científico para solucionar los diferentes problemas que beneficien a la sociedad. Sus niveles son la experimentación y la aplicación” (2010, p. 90). En este contexto podemos definir que nuestra investigación es tecnológica porque vamos a plantear la solución al problema de la investigación.
3.2 Nivel de Investigación
El nivel de investigación es el grado de investigación de la tesis, según (Montes, 2014)
“La investigación aplicada, también conocida como diseño o innovación, tiene como propósito aplicar los resultados de la investigación experimental para diseñar tecnologías de aplicación inmediata en la solución de los problemas de la sociedad, buscando eficiencia y productividad” (2010, p. 91). Por lo tanto, podemos indicar que nuestra investigación es aplicada.
27 3.3 Métodos de la Investigación
El método de la investigación es el sistémico por estudiamos el sistema eléctrico en estudio mediante la determinación de sus partes, también (Montes, 2014) define este método como “El propósito del método sistémico es estudiar el objeto mediante la determinación de sus elementos, sus relaciones y límites para observar su estructura y la dinámica de su funcionamiento. El enfoque sistémico enfrenta el problema en su complejidad a través de un pensamiento basada en la totalidad, en el estudio de la relación entre las partes y de las propiedades emergentes resultantes”(2014, p. 92).
3.4 Diseño de la investigación
El diseño de la investigación es la pre experimental con una sola medición. Estos tipo de diseño “Presentan el más bajo control de variables y no efectúan asignación aleatoria de los sujetos al experimento, y son aquellos en los que el investigador no ejerce ningún control sobre las variables extrañas o intervinientes, no hay asignación aleatoria de los sujetos participantes de la investigación ni hay grupo control” (Bernal, 2010, p. 146).
3.5 Población y Muestra
3.5.1 Población
La población es los circuitos alimentadores del sistema eléctrico OXAPAMPA.
3.5.2 Muestra
La muestra es los circuitos alimentadores del sistema eléctrico OXAPAMPA.
28 3.6 Técnica de recolección de datos
La técnica de recolección de datos nos permitió organizar detalladamente los documentos para obtener los resultados de la investigación.
Esta técnica es la documental “Esta formada por documentos de diferente tipo: revistas, memorias, actas, registros, datos e información estadísticas y cualquier documento de instituciones y empresas que registran datos de su funcionamiento”(Montes, 2010, p.
110).
3.7 Técnica de análisis de datos
La técnica de análisis de datos que utilizamos es la estadística inferencial. Donde generalizamos los datos obtenidos de nuestra en la población, estimando y probando la hipótesis.
29 Capítulo IV
Resultados de la Investigación 4.1 Presentación de resultados
Los resultados de la investigación se lograron alcanzar con la simulación de dos contingencias, siendo estas las siguientes:
• En la primera contingencia se propuso la instalación de un reactor de barra en el sistema eléctrico actual mejorando el nivel tensión en la barra de 22.9 kV.
• La segunda contingencia se propuso la instalación del reactor de barra y la instalación de cargas no lineales en sistema eléctrico, para luego evaluar y mejorar los niveles de tensión en el sistema eléctrico.
4.1.1 Análisis de consistencia 01
El análisis de la consistencia 01 consistió en instalar un reactor, luego simular el flujo de carga, evaluar la resonancia e instalar un filtro pasivo en el sistema eléctrico.
Procedimiento para el análisis de la contingencia 01:
o Modelar y Simular el flujo de carga del sistema eléctrico en condiciones normales o Graficar los niveles de tensión.
30
o Instalación de un reactor de barra para mejorar los niveles de tensión.
o Verificar los niveles de tensión.
o Evaluar la resonancia luego de la instalación de un reactor de barra.
o Instalación de un filtro pasivo.
o Modelar y Simular el flujo de carga del sistema eléctrico en condiciones normales.
Modelamiento del sistema electrico en estudio.
Figura 9 Diagrama unifilar general del sistema eléctrico.
31 Flujo de carga actual
Figura 10 Flujo de carga en el diagrama unifilar general.
Figura 11 resultados del flujo de carga en diagrama general.
32
A continuación, se muestra en diagrama del Alimentador A4864.
Figura 12 Alimentador A4864.
En este alimentador A4864 se evaluó el flujo de carga en condiciones normales, en la siguiente tabla se muestra los resultados.
Presentando en la siguiente tabla de los niveles de tensión más representativos dentro el recorrido y la figura en donde mostramos el comportamiento de los niveles de tensión en el recorrido del alimentador.
33
Tabla 2 Niveles de tensión en condiciones normales (A4864).
Fases Nivel de tensión
extremo inicial (pu) Nivel de tensión extremo final (pu)
A 1,060 1,056
B 1,055 1,052
C 1,060 1,056
Figura 13 Flujo de carga en condiciones normales (A4864).
34
A continuación, se muestra en diagrama del Alimentador A4865.
Figura 14 Alimentador A4865.
35
En este alimentador A4865 también se evaluó el flujo de carga en condiciones normales, en la siguiente tabla se muestra los resultados.
Presentando en la siguiente tabla de los niveles de tensión más representativos dentro el recorrido y la figura en donde mostramos el comportamiento de los niveles de tensión en el recorrido del alimentador.
Tabla 3 Niveles de tensión en condiciones normales (A4865).
Fases Nivel de tensión
extremo inicial (pu) Nivel de tensión extremo final (pu)
A 1,131 1,079
B 1,127 1,108
C 1,333 1,122
Figura 15 Flujo de carga en condiciones normales (A4865).
36
A continuación, se muestra en diagrama del Alimentador A4866.
Figura 16 Alimentador A4866.
37
En este alimentador A4866 también se evaluó el flujo de carga en condiciones normales, en la siguiente tabla se muestra los resultados.
Presentando en la siguiente tabla de los niveles de tensión más representativos dentro el recorrido y la figura en donde mostramos el comportamiento de los niveles de tensión en el recorrido del alimentador.
Tabla 4 Niveles de tensión en condiciones normales (A4866).
Fases Nivel de tensión
extremo inicial (p.u) Nivel de tensión extremo final (p.u)
A 1,060 1,057
B 1,055 1,052
C 1,062 1,059
Figura 17 Flujo de carga en condiciones normales (A4866).
38
o Instalación de un reactor de barra para mejorar los niveles de tensión
Figura 18 Instalar el reactor de barra.
Figura 19 Ubicar el reactor de barra.
39
Figura 20 Instalación del reactor de barra.
Figura 21 Modelamiento del reactor de barra.
40 o Verificar los niveles de tensión.
Verificar los niveles de tensión en el diagrama unifilar.
Figura 22 Verificación de los niveles de tensión en diagrama unifilar general.
Verificar los niveles de tensión en el alimentador A4864.
Figura 23 Verificación de los niveles de tensión (A4864).
41 Verificar los niveles de tensión en el alimentador A4865.
Figura 24 Verificación de los niveles de tensión (A4865).
Verificar los niveles de tensión en el alimentador A4866.
Figura 25 Verificación de los niveles de tensión (A4866).
Tabla 5 Verificación de los niveles de tensión en los alimentadores después de instalar el reactor de barra.
Alimentador Fase A Fase B Fase C
A4864 0,997 0,995 0,988
A4865 0,985 0,969 0,955
A4866 0,999 0,995 0,993
42
o Evaluar la resonancia luego de la instalación de un reactor de barra
La instalación del reactor de barra generaría un efecto de resonancia en el sistema eléctrico de frecuencia de 540Hz, para el sistema eléctrico actual no tendría ninguna implicancia puesto que el sistema analizado se encuentra sin presencia de perturbaciones armónicas.
Figura 26 Resonancia en el orden 9.
Fases Armónico Impedancia
A 9 2888,453
B 9 474,271
C 9 69,734
43 o Instalación de un filtro pasivo
Se analiza la instalación de un filtro pasivo, para eliminar la resonancia que se está generando en el sistema eléctrico.
Figura 27 Modelamiento del filtro pasivo.
Figura 28 Eliminación de la resonancia de orden 9.
44 4.1.2 Análisis de consistencia 02
El análisis de la consistencia 02 instalacion cargas no lineales, para simular el flujo de carga, instalar un reactor y evaluar la resonancia del sistema eléctrico.
A continuacion se presente el procedimeinto para el análasis de la contingencia 02:
o Modelar y Simular cargas no lineales en el sistema eléctrico.
o Graficar los índices de distorsión.
o Graficar las formas de la onda.
o Graficar la impedancia.
o Verificar los puntos de resonancia.
o Conectar filtro sintonizado.
o Actualizar gráficas los índices de distorsión, formas de onda y la impedancia.
o Verificar los puntos de resonancia.
La ubicaron de las cargas no lineales se realizaron al inicio del alimentador con lo cual podemos representar las armónicas generadas de los alimentadores.
A4864
Figura 29 Instalación de carga no lineal (A4864).
45
Figura 30 Fuente armónica para el alimentador A4864.
Figura 31 Rectificador de 2 pulsos (A4864).
46 A4865
Figura 32 Instalación de carga no lineal (A4865).
47
Figura 33 Fuente armónica para el alimentador (A4865).
Figura 34 Rectificador de 6 pulsos (A4865).
48 A4866
Figura 35 Instalación de carga no lineal (A4866).
49
Figura 36 Fuente armónica para el alimentador(A4866).
Figura 37 Rectificador de 12 pulsos (A4866).
50 o Graficar los índices de distorsión.
El procedimiento para el cálculo:
Seleccionar la opción Power Quality and Harmonic Analysis.
Seleccionar la opción flujo de carga de armónicos
Ejecutar
51 Resultados en la barra de 22.9kV
Tabla 6 Armónicos en la barra de 22.9kV
Harmonics OXA22.9B OXA22.9B OXA22.9B Rated
Frequency
Harmonic Distortion A in %
Harmonic Distortion B in %
Harmonic Distortion C in %
5 0,103 0,105 0,105
7 0,120 0,122 0,122
11 1,151 1,131 1,153
13 0,162 0,164 0,164
21 0,062 0,067 0,062
23 0,362 0,378 0,340
25 0,431 0,443 0,427
35 1,626 1,344 1,052
37 3,200 1,278 2,314
47 0,237 0,334 0,378
49 0,112 0,212 0,199
Figura 38 Gráfica de armónicos en la barra 22.9kV.
52 Resultados en la barra de 60kV
Tabla 7 Armónicos en la barra de 60kV.
Harmonics OXA60B OXA60B OXA60B Rated
Frequency
Harmonic Distortion A in %
Harmonic Distortion B in %
Harmonic Distortion C in %
5 0,090 0,093 0,092
7 0,108 0,109 0,110
11 1,299 1,275 1,304
13 0,369 0,370 0,370
21 0,132 0,135 0,132
23 0,193 0,202 0,181
25 0,239 0,245 0,237
35 0,976 0,813 0,636
37 1,907 0,767 1,399
47 0,152 0,212 0,238
49 0,075 0,135 0,128
Figura 39 Gráfica de armónicos en la barra 60kV.
53 Resultados en la barra de 138kV
Tabla 8 Armónicos en la barra de 138kV.
Harmonics OXA138B OXA138B OXA138B Rated
Frequency
Harmonic Distortion A in %
Harmonic Distortion B in %
Harmonic Distortion C in %
5 0,073 0,075 0,075
7 0,098 0,099 0,099
11 1,820 1,784 1,828
13 0,845 0,846 0,848
21 0,450 0,450 0,449
23 0,094 0,099 0,089
25 0,083 0,085 0,081
35 0,048 0,051 0,038
37 0,118 0,069 0,139
47 0,019 0,024 0,022
49 0,016 0,019 0,020
Figura 40 Grafica de armónicos en la barra 138kV (A4864).
54 o Graficar las formas de la onda Resultados en la barra de 22.9kV
Figura 41 Forma de onda de tensión en la barra de 22.9kV.
Resultados en la barra de 60kV
Figura 42 Forma de onda de tensión en la barra de 60kV.
Resultados en la barra de 138kV
Figura 43 Forma de onda de tensión en la barra de 138kV.
55 o Graficar la impedancia
Cálculo de Resonancia
Seleccionar la opción cálculo de impedancia
Ejecutar
Resultados en la barra de 22.9kV
Tabla 9 Magnitudes de la impedancia en la barra de 22.9kV .
Harmonics OXA22.9B Rated
Frequency
Z, Magnitude in Ohm
1 5,508
5 22,835
7 36,558
11 36,675
13 4,429
17 24,198
19 26,489
23 26,246
25 34,808
29 55,695
31 72,755
35 168,890
37 340,779
41 100,700
43 74,030
47 21,412
49 7,833
56
Figura 44 Barrido de frecuencia en la barra de 22.9kV.
Resultados en la barra de 60kV
Tabla 10 Magnitudes de la impedancia en la barra de 60kV.
Harmonics OXA60B Rated
Frequency Z, Magnitude in Ohm
1 33,914
5 140,379
7 228,842
11 267,014
13 79,614
17 52,779
19 85,467
23 98,119
25 135,293
29 209,935
31 262,513
35 525,159
37 912,220
41 190,934
43 550,398
47 66,985
49 118,143
Figura 45 Barrido de frecuencia en la barra de 60kV.
57 Resultados en la barra de 138kV
Tabla 11 Magnitudes de la impedancia en la barra de 138kV.
Harmonics OXA138B Rated
Frequency Z, Magnitude in Ohm
1 128,020
5 635,205
7 1159,041
11 1864,565
13 790,401
17 196,003
19 445,141
23 1257,802
25 652,907
29 245,501
31 109,945
35 193,949
37 351,446
41 1876,638
43 25828,240
47 880,975
49 442,434
Figura 46 Barrido de frecuencia en la barra de 138kV.
58 o Conectar filtro sintonizado
Figura 47 Modelamiento del filtro en la barra de 22.9kV.
o Actualizar gráficas los índices de distorsión.
Resultados en la barra de 22.9kV
Tabla 122 Armónicos en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Harmonics OXA22.9B OXA22.9B OXA22.9B Rated
Frequency
Harmonic Distortion A in %
Harmonic Distortion B in %
Harmonic Distortion C in %
5 0,156 0,154 0,157
7 0,049 0,049 0,048
11 0,182 0,182 0,181
13 0,074 0,075 0,074
21 0,060 0,060 0,060
23 0,036 0,037 0,036
25 0,026 0,027 0,026
35 0,002 0,003 0,002
37 0,001 0,001 0,001
47 0,008 0,009 0,010
49 0,009 0,012 0,013
59
Figura 48 Gráfica de armónicos en la barra 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Resultados en la barra de 60kV
Tabla 133 Armónicos en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Harmonics OXA60B OXA60B OXA60B Rated
Frequency
Harmonic Distortion A in %
Harmonic Distortion B in %
Harmonic Distortion C in %
5 0,139 0,137 0,140
7 0,044 0,045 0,044
11 0,209 0,209 0,208
13 0,174 0,175 0,174
21 0,126 0,126 0,126
23 0,020 0,020 0,020
25 0,015 0,015 0,015
35 0,001 0,002 0,001
37 0,001 0,002 0,001
47 0,006 0,006 0,006
49 0,007 0,008 0,008
Figura 49 Gráfica de armónicos en la barra 60kV, después de conectar filtro sintonizado.
60 Resultados en la barra de 138kV
Tabla 144 Armónicos en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Harmonics OXA138B OXA138B OXA138B Rated
Frequency
Harmonic Distortion A in %
Harmonic Distortion B in %
Harmonic Distortion C in %
5 0,115 0,113 0,115
7 0,041 0,041 0,041
11 0,298 0,297 0,297
13 0,406 0,407 0,407
21 0,433 0,434 0,432
23 0,010 0,010 0,010
25 0,005 0,005 0,005
35 0,001 0,001 0,001
37 0,001 0,001 0,001
47 0,001 0,001 0,001
49 0,002 0,002 0,002
Figura 50 Gráfica de armónicos en la barra 138kV, después de conectar filtro sintonizado.
61 o Graficar las formas de la onda Resultados en la barra de 22.9kV
Figura 51 Forma de onda de tensión en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Resultados en la barra de 60kV
Figura 52 Forma de onda de tensión en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Resultados en la barra de 138kV
Figura 53 Forma de onda de tensión en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.
62 o Verificar los puntos de resonancia.
Barrido de frecuencias.
Resultados en la barra de 22.9kV
Tabla 155 Magnitudes de la impedancia en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Harmonics OXA22.9B Rated
Frequency Z, Magnitude in Ohm
1 5,897
5 34,985
7 14,621
11 4,574
13 1,192
17 2,765
19 1,134
23 0,235
25 1,195
29 2,706
31 3,399
35 4,828
37 5,658
41 6,736
43 3,781
47 6,716
49 7,143
Figura 54 Barrido de frecuencia en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado.
63 Resultados en la barra de 60kV
Tabla 166 Magnitudes de la impedancia en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Harmonics OXA60B Rated
Frequency Z, Magnitude in Ohm
1 36,068
5 176,660
7 56,939
11 8,415
13 32,997
17 35,636
19 56,478
23 46,881
25 64,314
29 86,231
31 96,020
35 116,246
37 126,032
41 164,096
43 360,813
47 142,943
49 157,575
Figura 55 Barrido de frecuencia en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado.
64 Resultados en la barra de 138kV
Tabla 177 Magnitudes de la impedancia en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.
Harmonics OXA138B Rated
Frequency Z, Magnitude in Ohm
1 133,633
5 409,105
7 128,504
11 809,282
13 2010,780
17 797,323
19 207,734
23 1313,466
25 692,186
29 265,243
31 123,790
35 189,432
37 337,696
41 1863,565
43 28769,780
47 873,118
49 434,707
Figura 56 Barrido de frecuencia en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.
65 4.2 Prueba de Hipótesis
De acuerdo a (Borja, 2016, p. 26) se comprueba planteando la hipótesis nula “esta se utiliza cuando en el estudio es difícil demostrar la veracidad de la hipótesis, por lo tanto se puede demostrar la falsedad de la hipótesis nula”.
Por lo tanto, planteamos:
La hipótesis nula H0 y H1 la alterna:
La hipótesis nula
H0= Con el análisis de los armónicos y resonancia NO mejora la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.
La hipótesis alterna
H1: Con el análisis de los armónicos y resonancia SI mejora la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.
En la investigación los resultados hallados del análisis, prueban que la afirmación de la hipótesis nula es falsa. Por lo tanto, se rechaza la hipótesis nula (H0) y se acepta la hipótesis de la investigación (H1).
66 4.3 Discusión de Resultados
En la presente investigación se plantea un análisis de seguridad realizando dos estudios (contingencias), en la primera contingencia se realiza un análisis del sistema eléctrico simulando e instalando un reactor de barra para el mejoramiento de la calidad de tensión eléctrica en el sistema. Para la siguiente contingencia se instaló cargas no lineales en los circuitos alimentadores para luego analizar el comportamiento armónico y resonante de la red eléctrica. En los dos análisis se logra mejorar los niveles de tensión con la instalación del reactor de barra.
Ahora de los antecedentes presentados en la tesis todas estas investigaciones llegan a resultados de una mejora en la calidad de tensión eléctrica. Siendo (Noa, 2019) con su tesis titulada “ANALISIS DE LAS CORRIENTES ARMONICAS EN BAJA TENSION Y SU INCIDENCIA A LA CALIDAD DEL PRODUCTO DEL HOSPITAL REGIONAL DEL CUSCO -2018” el que con más similitud tiene con nuestros resultados porque él logra la mejora de la tensión “Utilizando la herramienta informática simulink existente en el software Matlab, realizo la simulación insertando el filtro seleccionado, que nos permite observar en que porcentaje disminuye la distorsión de la corriente contaminada, y mejora la calidad de producto eléctrico”.
67 Conclusiones
El análisis de la presencia de los armónicos y el efecto de resonancia mejora significativamente la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa, este análisis basado en la evaluación de flujo de potencia permite proyectar el estado de la red eléctrica ante las contingencias propuesta.
Es importante identificar la presencia de los armónicos para reducirlos y así poder mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.
Es importante realizar un barrido de frecuencia en el sistema eléctrico e identificar con que armónico es resonante, para reducirlos y mejora la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.
68 Recomendaciones
Se recomienda realizar estudios de calidad de energía en los sistemas eléctricos de distribución evaluando otras perturbaciones como por sags, swell, transitorios, etc., para tener un sistema eléctrico más seguro y confiable.
Se recomienda identificarlas cargas no lineales o cargas generadoras de armónicos antes de instalar los bancos de condensadores y no tener problemas de resonancia en los sistemas eléctricos.
69 Bibliografía
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.
Bernal, C. A. (2010). Metodología de la investigación. 322.
Borja, M. (2016). Metodología de la Investigación Científica para ingenieros.
Carvajal, C. (2007). ANÁLISIS DE RESONANCIA ARMÓNICA EN SISTEMAS ELECTRICOS.
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA.
Mendoza, A., & Rolando, J. (2015). : De tecnologías para la mejora de la eficiencia en el trabajo y el aprendizaje: Ingeniería y tecnología eléctrica: Otras (Calidad de energía eléctrica). 123.
Montes, C. E. (2010). Metodología de investigación tecnológica. 190.
Montes, C. E. (2014). Metodología de investigación tecnológica. 206.
Noa, B. W. P. (2019). “ANÁLISIS DE LAS CORRIENTES ARMÓNICAS EN BAJA TENSIÓN Y SU INCIDENCIA A LA CALIDAD DEL PRODUCTO DEL HOSPITAL REGIONAL DEL CUSCO - 2018”. 170.
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