universidad nacional del centro del perú

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“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ”

“FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA”

“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA”

TESIS

“ANÁLISIS DE ARMÓNICOS Y RESONANCIA PARA MEJORAR LA CALIDAD TENSIÓN EN LOS CIRCUITOS ALIMENTADORES DEL SISTEMA ELÉCTRICO

OXAPAMPA”

Código CTI

04030102: Modelamiento y simulación de sistemas energéticos Código Unesco

3306. Ingeniería y Tecnologías energéticas 3306.09. Transmisión y distribución

Para Optar el Título Profesional de Ingeniero Electricistas

Presentado Por

Luis Angel Vilchez Lazo

Enero - Perú

2023

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I Asesor

MSc. Joel Colonio Llacua

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II Dedicatoria

Dedico esta tesis a mi familia admirable, quienes han creído en mí siempre, dándome ejemplo de humildad y sacrificio; enseñándome a valorar todo lo que tengo. A todos ellos dedico el presente trabajo, porque han impulsado en mí, el deseo de superación y de triunfo en la vida.

Lo que ha contribuido a la obtención de este logro. Espero contar siempre con su valioso e incondicional apoyo.

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III Agradecimiento

Agradezco especialmente a mis abuelitos Jacinta y Celso quienes fueron como mis padres, que siempre me aconsejaron y guiaron hacia un camino de vivaces glorias, triunfos a pesar de las caídas que se presentan en la vida y que siempre estuvieron a mi lado, a mi padre Lirio por tener siempre vivo la presente providencia para crecer profesionalmente.

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IV Índice

Asesor ... I Dedicatoria ... II Agradecimiento ... III Índice... IV Índice de figuras ... VII Índice de tablas ... X Resumen ... XI Abstract ... XII Introducción ... XIII

Capítulo I Caracterización del Problema ... 1

1.1 Planteamiento del Problema ... 1

1.2 Formación del Problema ... 3

1.2.1 Problema General... 3

1.2.2 Problema Específico ... 3

1.3 Objetivos de la Investigación ... 3

1.3.1 Objetivo General ... 3

1.3.2 Objetivos Específicos... 3

1.4 Justificación de la Investigación ... 4

1.4.1 Justificación Práctica ... 4

1.4.2 Justificación Metodológica ... 4

1.4.3 Justificación Social ... 4

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V

1.5 Delimitaciones de la Investigación ... 4

1.5.1 Delimitación temporal ... 4

1.5.2 Delimitación espacial ... 4

1.5.3 Delimitación social ... 4

Capítulo II Marco Teórico ... 5

2.1 Antecedentes ... 5

2.1.1 Antecedentes Internacionales ... 5

2.1.2 Antecedentes Nacionales ... 7

2.1.3 Antecedentes Regionales ... 13

2.2 Bases Teóricas ... 15

2.2.1 Armónicos ... 15

2.2.2 Resonancia ... 18

2.2.3 Rectificador ... 21

2.2.4 Calidad de tensión ... 22

2.3 Conceptos Básicos... 24

2.4 Hipótesis ... 25

2.4.1 Hipótesis general ... 25

2.4.2 Hipótesis específicas ... 25

2.5 Variables... 25

2.6 Operacionalización de las Variables ... 25

Capítulo III Metodología de Investigación ... 26

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VI

3.1 Tipos de Investigación ... 26

3.2 Nivel de Investigación ... 26

3.3 Métodos de la Investigación ... 27

3.4 Diseño de la investigación... 27

3.5 Población y Muestra ... 27

3.5.1 Población... 27

3.5.2 Muestra ... 27

3.6 Técnica de recolección de datos ... 28

3.7 Técnica de análisis de datos ... 28

Capítulo IV Resultados de la Investigación ... 29

4.1 Presentación de resultados ... 29

4.1.1 Análisis de consistencia 01 ... 29

4.1.2 Análisis de consistencia 02 ... 44

Figura 33 Fuente armónica para el alimentador (A4865). ... 47

4.2 Prueba de Hipótesis ... 65

4.3 Discusión de Resultados... 66

Conclusiones ... 67

Recomendaciones ... 68

Bibliografía ... 69

Anexos ... 71

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VII Índice de figuras

Figura 1 Ubicación de los alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa. ... 2

Figura 2 Onda con contenido armónico. ... 15

Figura 3 Diagrama de distorsión de voltaje. ... 17

Figura 4 Resonancia en paralelo. ... 18

Figura 5 Barrido de frecuencia. ... 21

Figura 6 Rectificador de 12 pulsos. ... 22

Figura 7 Exigencias del nivel tensión según NTCSE. ... 23

Figura 8 Exigencias del nivel tensión según NTCSER. ... 23

Figura 9 Diagrama unifilar general del sistema eléctrico. ... 30

Figura 10 Flujo de carga en el diagrama unifilar general. ... 31

Figura 11 resultados del flujo de carga en diagrama general... 31

Figura 12 Alimentador A4864. ... 32

Figura 13 Flujo de carga en condiciones normales (A4864). ... 33

Figura 18 Instalar el reactor de barra. ... 38

Figura 19 Ubicar el reactor de barra. ... 38

Figura 20 Instalación del reactor de barra. ... 39

Figura 21 Modelamiento del reactor de barra. ... 39

Figura 22 Verificación de los niveles de tensión en diagrama unifilar general. ... 40

Figura 23 Verificación de los niveles de tensión (A4864). ... 40

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VIII

Figura 26 Resonancia en el orden 9………...42

Figura 27 Modelamiento del filtro pasivo………43

Figura 28 Eliminación de la resonancia de orden 9………..43

Figura 29 Instalación de carga no lineal (A4864)………..44

Figura 30 Fuente armónica para el alimentador A4864……….45

Figura 31 Rectificador de 2 pulsos (A4864)………..45

Figura 33 Fuente armónica para el alimentador (A4865)………..47

Figura 34 Rectificador de 6 pulsos (A4865)………..47

Figura 36 Fuente armónica para el alimentador(A4866)………...49

Figura 37 Rectificador de 12 pulsos (A4866)………49

Figura 38 Gráfica de armónicos en la barra 22.9kV………..51

Figura 39 Gráfica de armónicos en la barra 60kV……….52

Figura 40 Grafica de armónicos en la barra 138kV (A4864)……….53

Figura 41 Forma de onda de tensión en la barra de 22.9kV……….….54

Figura 42 Forma de onda de tensión en la barra de 60kV………..54

Figura 43 Forma de onda de tensión en la barra de 138kV………...54

Figura 44 Barrido de frecuencia en la barra de 22.9kV……….56

Figura 45 Barrido de frecuencia en la barra de 60kV……….56

Figura 46 Barrido de frecuencia en la barra de 138kV……….57

Figura 47 Modelamiento del filtro en la barra de 22.9kV……….…58

Figura 48 Gráfica de armónicos en la barra 22.9kV,después de conectar el filtro sintonizado………....59

(10)

IX

Figura 49 Gráfica de armónicos en la barra 60kV, después de conectar filtro sintonizado….60 Figura 50 Gráfica de armónicos en la barra 138kV, después de conectar filtro sintonizado…61 Figura 51 Forma de onda de tensión en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado………...61 Figura 52 Forma de onda de tensión en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado………..61 Figura 53 Forma de onda de tensión en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado………...62 Figura 54 Barrido de frecuencia en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado………...63 Figura 55 Barrido de frecuencia en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado………...64 Figura 56 Barrido de frecuencia en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado………...65

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X Índice de tablas

Tabla 1 Operacionalización de las variables. ... 25

Tabla 2 Niveles de tensión en condiciones normales (A4864). ... 33

Tabla 5 Verificación de los niveles de tensión en los alimentadores después de instalar el reactor de barra. ... 41

Tabla 6 Armónicos en la barra de 22.9kV ... 51

Tabla 7 Armónicos en la barra de 60kV. ... 52

Tabla 8 Armónicos en la barra de 138kV. ... 53

Tabla 9 Magnitudes de la impedancia en la barra de 22.9kV . ... 55

Tabla 10 Magnitudes de la impedancia en la barra de 60kV. ... 56

Tabla 11 Magnitudes de la impedancia en la barra de 138kV. ... 57

Tabla 12 Armónicos en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado. ... 58

Tabla 13 Armónicos en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado. ... 59

Tabla 14 Armónicos en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado. ... 60

Tabla 15 Magnitudes de la impedancia en la barra de 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado. ... 62

Tabla 16 Magnitudes de la impedancia en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado. ... 63

Tabla 17 Magnitudes de la impedancia en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado. ... 64

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XI Resumen

La investigación tiene como objetivo realizar un análisis con la presencia de los armónicos y la resonancia existente en la red eléctrica, para mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

La investigación se planteó con un método sistémico porque estudiamos el sistema eléctrico mediante la determinación de sus partes, esta investigación se clasifica como nivel de investigación aplicada porque realizamos simulaciones de los sistemas eléctricos de la ciudad de Oxapampa, para la estrategia o el diseño de la investigación se planteó un diseño pre experimental con una sola medición en nuestra población que es los circuitos alimentadores del sistema eléctrico OXAPAMPA.

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 propuestas.

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XII Abstract

The objective of the research is to carry out an analysis with the presence of harmonics and the existing resonance in the electrical network, to improve the voltage quality in the power supply circuits of the Oxapampa electrical system.

The research was proposed with a systemic method because we study the electrical system by determining its parts, this research is classified as an applied research level because we perform simulations of the electrical systems of the city of Oxapampa, for the strategy or design of the research, a pre-experimental design was proposed with a single measurement in our population, which is the feeder circuits of the OXAPAMPA electrical system.

The analysis of the presence of harmonics and the resonance effect significantly improves the voltage quality in the power supply circuits of the Oxapampa electrical system, this analysis based on the evaluation of power flow allows projecting the state of the electrical network in the face of the proposed contingencies.

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XIII Introducción

En un sistema eléctrico de distribución la presencia de los armónicos de voltaje o de corriente es significativa que causan diferentes problemas, principalmente las fuentes generadoras de los armónicos lo ocasionan los usuarios de un sistema eléctrico de distribución, actualmente existe diferentes métodos para mitigar estas perturbaciones, otro punto importante sistemas eléctricos es el efecto de resonancia que se produce con la instalación de banco de condensadores y reactores.

En la nuestra investigación titulada “ANÁLISIS DE ARMÓNICOS Y RESONANCIA PARA MEJORAR LA CALIDAD TENSIÓN EN LOS CIRCUITOS ALIMENTADORES DEL SISTEMA ELÉCTRICO OXAPAMPA” se planteó el objetivo de realizar un análisis con la presencia de los armónicos y la resonancia existente en la red eléctrica, para mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

La tesis se justifica en lo práctico porque pretendemos dar solución un problema que se va presentando en el sistema eléctrico en estudio, en lo metodológico se justifica porque planteamos unos pasos para el análisis y en lo social se justifica porque la investigación propone una solución a las contingencias que permitirá un mejor servicio eléctrico en la zona de estudio y beneficiará la población.

La presente tesis presenta el capítulo de planteamiento del problema, el marco teórico, la metodología y los resultados de la investigación.

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Capítulo I

Caracterización del Problema 1.1 Planteamiento del Problema

Un sistema eléctrico es una red de componentes que tiene como finalidad generar, transformar, transmitir y distribuir la electricidad para el consumo de los usuarios que son las industrias, comercios, domicilios etc.

En un sistema eléctrico por lo general todas sus redes eléctricas se encuentran interconectados a estos sistemas se le denomina Sistema eléctricos Interconectados. En el Perú tenemos el SEIN, este sistema está compuestos por generación, transformación, transmisión y distribución.

En nuestra investigación nos centramos en los sistemas eléctricos de distribución específicamente en el sistema eléctrico de Oxapampa, este sistema está ubicado en el departamento de Pasco en las coordenadas 12°34´03´´ S 75°24´14´´O. Oxapampa actualmente cuenta con 8 distritos con un área total del 17767 Km2 y una población de 93201 habitantes.

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Figura 1 Ubicación de los alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

El sistema eléctrico de Oxapampa suministra la energía eléctrica a toda la zona urbana y rural de Oxapampa, este sistema viene ampliando su cobertura de atención a nuevos clientes e incrementando su demanda por dichas ampliaciones.

Las ampliaciones de nuevas cargas vienen presentando una mala calidad de tensión en sus circuitos alimentadores. Esta mala calidad de tensión se debe al incremento de nuevas cargas, por lo general estas nuevas cargas son de comportamiento no lineal o que generan armónicos. La longitud de los alimentadores están bien una de las razones que empeoran la mala calidad de tensión eléctrica.

Por lo tanto, el objeto de la investigación es realizar el análisis de los armónicos y resonancia para mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

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3 1.2 Formación del Problema

El problema de la investigación la mala calidad de tensión eléctrica, se formuló en un problema general y dos problemas específicos.

1.2.1 Problema General

¿Cómo determinar los armónicos y la resonancia en los circuitos alimentadores de media tensión del sistema eléctrico Oxapampa?

1.2.2 Problema Específico

¿Qué armónicos están presentes en los circuitos alimentadores de media tensión del sistema eléctrico Oxapampa?

¿En qué frecuencia se presenta la resonancia en los circuitos alimentadores de media tensión del sistema eléctrico Oxapampa?

1.3 Objetivos de la Investigación

Los objetivos de la presente investigación se clasificaron o dividieron en un objetivo general y dos específicos.

1.3.1 Objetivo General

Analizar los armónicos y resonancia para mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

1.3.2 Objetivos Específicos

Analizar los armónicos para mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

Analizar la resonancia para mejorar la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

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4 1.4 Justificación de la Investigación

Las motivaciones que nos llevaron a realizar la investigación lo clasificamos en parte práctica, metodológica y social.

1.4.1 Justificación Práctica

La tesis se justifica en lo práctico porque pretendemos dar solución un problema que se va presentando en el sistema eléctrico en estudio.

1.4.2 Justificación Metodológica

La tesis también se justifica en lo metodológico porque la solución del problema de la investigación nos llevó a solucionarlos planteando unos procedimientos.

1.4.3 Justificación Social

La tesis se justifica en lo social la solución del problema de investigación permite un mejor servicio eléctrico en la zona de estudio y beneficiará la población.

1.5 Delimitaciones de la Investigación 1.5.1 Delimitación temporal

La investigación se realizó del año 2001 al 2022.

1.5.2 Delimitación espacial

La investigación se realizó en los circuitos alimentadores de media tensión del sistema eléctrico de Oxapampa.

1.5.3 Delimitación social

La investigación tiene como delimitación social la población urbano y rural de la ciudad de Oxapampa.

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5 Capítulo II Marco Teórico 2.1 Antecedentes

La investigación presenta antecedentes internacionales, nacionales y regionales que tocan hacen referencia a las variables de la investigación.

2.1.1 Antecedentes Internacionales

(ALVARADO & RAMÍREZ, 2010) En su tesis titulada “METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS DE PROPAGACIÓN Y FILTRADO DE ARMÓNICAS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS” menciona lo siguiente:

“Actualmente, la presencia de equipos basados en electrónica de potencia cuya operación es no lineal, instalados en los sistemas eléctricos, ha incrementado la presencia de distorsión en la señal de corriente y/o tensión eléctrica, originando problemas en la calidad de la energía eléctrica. Como una solución a este problema, en esta tesis se desarrolla una metodología para el análisis de propagación y filtrado de armónicos y su implementación el programa Matlab para reducir la distorsión armónica de tensión. En esta tesis se describen las armónicas en los sistemas eléctricos, como son generadas y transmitidas, su

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interacción con los diferentes elementos del sistema eléctrico y los efectos que producen en ellos. Se describen filtros armónicos como una medida de control de la distorsión armónica en los sistemas eléctricos, explicando su funcionamiento y configuración establecida por normas internacionales y nacionales. En este trabajo se propone una metodología para el análisis y filtrado de sistemas eléctricos contaminados con señales armónicas, haciendo hincapié en el uso de las normas establecidas para el control de la distorsión armónica, además se describe el proceso para el cálculo de los elementos del filtro armónico. Se utilizan como casos de estudio dos ejemplos de sistemas eléctricos del IEEE, y un equivalente del sistema de transmisión de la división sureste de la CFE (Comisión Federal de Electricidad), los cuales son simulados en el software Matlab utilizando la metodología planteada. Se realiza el cálculo e implementación de los filtros armónicos en los nodos necesarios, obteniendo resultados satisfactorios en base a las normas establecidas en este ámbito”

(2010, p. i).

(Sánchez & Duvan, 2014) en su tesis titulada “ESTUDIO Y ANÁLISIS DE CALIDAD DE INGENIERÍA ENFOCADO EN NIVEL DE ARMÓNICOS EN EL SISTEMA ELÉCTRICO DE LA SUBESTACIÓN ENFRIADORA I DE HOLCIM ECUADOR PLANTA GUAYAQUIL” refiere lo siguiente:

“El presente trabajo se lo realizó en la fábrica de cemento Holcim Ecuador S.A.

Planta Guayaquil, en la subestación eléctrica Enfriadora 1, durante el periodo 2012-2014. Holcim Ecuador, preocupada siempre de alcanzar óptimos resultados en cuanto a la calidad de energía, están tomando las medidas correspondientes en cuanto a verificación y análisis de sus sistemas eléctricos.

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De aquí parte el análisis costo- beneficio con el objetivo de superar muchas pérdidas de energía producidas por fenómenos eléctricos como los armónicos, calentamiento de aislamientos, desbalances y otros factores que afectan de manera sustancial a los equipos e instalaciones eléctricas y que también influyen en la seguridad de las personas que operan y dan mantenimiento a los mismos.

En este análisis se han utilizado métodos de medición de alta precisión tecnológica como la cámara termo-grafica, analizador de redes, analizador de motores en estado estático y dinámico, además de las diferentes técnicas de estudio siempre avaladas con sus respectivas normas para determinar la eficiencia de cada máquina y del sistema eléctrico, con el único propósito de mantener u obtener un resultado de calidad de energía” (2014, p. 3).

2.1.2 Antecedentes Nacionales

(RAMOS & RIVEROS, 2018). En su Tesis titulada “ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Y CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA PLANTA INDUSTRIAL DE PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS AGROINDUSTRIAS CIRNMA S.R.L. EN LA REGIÓN PUNO” menciona lo siguiente:

“Este trabajo de investigación se desarrolló en la planta industrial de procesamiento de quinua “Agroindustrias CIRNMA S.R.L.” durante el mes de Octubre del año 2017, ubicada en el Centro Poblado de Salcedo distrito de Puno con el objetivo de medir y analizar la calidad de su suministro eléctrico , modelar el sistema eléctrico en un software especializado, proponer una solución técnica- económica para optimizar la eficiencia y calidad de energía, y demostrar una reducción de penalidades económicas. Se realizó mediciones según metodologías recomendadas por el Organismo Supervisor de la Inversión en

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Energía y Minería, el instrumento fue un medidor de energía y de calidad de energía PowerLogic ION 7650, el cual registro valores de tensiones, corrientes, potencias. Estos valores fueron analizados, demostrando el estado real del sistema eléctrico de la planta, además se realizó un análisis del historial del consumo de energía verificando la tarifa en que se encuentra; Se observó que los valores de tensión, frecuencia y THD de tensión están dentro de los límites y rangos aceptables por la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos Decreto Supremo 020-97 Ministerio de Energía y Minas, se determina además que la empresa no tiene un eficiente consumo de energía eléctrica, esto es evidenciado ya que solo el 5.6 % del cos ϕ está dentro del margen definido como satisfactorio y el 5.6 % dentro del rango regular, lo cual indica que tiene un consumo de energía reactiva muy alto lo que repercute en sus pagos por energía reactiva. Luego de un diseño y simulación en software especializado se evidencia una mejora notable del cos ϕ cuando utilizamos una batería de condensadores para poder minimizar el consumo de potencia reactiva, notando que el cos ϕ dentro del rango aceptable aumenta de 5.6% a 70.8 % y del 5.6 % regular a 15.5 %, lo cual evitara que la industria CIRNMA realice pagos por el concepto de energía reactiva; los cuales fueron durante el año 2015 una cantidad de S/ 4 063.53 y el año 2016 la suma de S/ 5 694.97. Lo cual demuestra la factibilidad técnica y económico de la batería de condensadores con un Valor Actual Neto mayor a 1 y una Tasa Interna de Retorno de 26 % y una recuperación de inversión en aproximadamente 2 años y 4 meses”(2018, p. 16) .

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(Noa, 2019) En 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”refiere los siguiente:

“El uso de los dispositivos electrónicos en la industria, comercio, centro de salud y residencias, trajo consigo un aumento significativo de las perturbaciones que afectan la calidad del producto de la energía eléctrica, cuya consecuencia más notoria es la distorsión, de la forma de onda fundamental, sea ya de tensión o de corriente. El concepto de calidad de energía eléctrica, ha ido tomando importancia cada vez más en las últimas décadas cobrando importancia y notoriedad dentro del ámbito de la ingeniería eléctrica, y hoy día, se ha convertido en motivo de interés el estudiar minuciosamente por parte de las generadoras, transmisoras y distribuidoras de energía eléctrica, con el propósito de entregar un producto satisfactorio a los consumidores finales. El origen de este problema se da por la presencia mayoritaria de cargas no lineales, cuyo resultado son las corrientes altamente contaminadas, que al propagarse por las redes eléctricas estas distorsionan, provocan distorsiones, caídas de tensión, y perdidas de potencia, con un alto grado de distorsión armónica. Para mejorar la calidad del producto, se han propuesto diferentes soluciones basadas unas en filtros pasivos y filtros activos. Estos filtros se pueden conectar en paralelo o en serie, dependiendo del tipo de carga a compensar. Las soluciones existentes tratan de evitar que estas corrientes se propaguen por la red, o en su defecto limitar la emisión de perturbaciones de forma que no afecte a los equipos o instalaciones conectadas a la red eléctrica. En la presente tesis nos basaremos en bases conceptuales para implementar un modelo de filtro, para mitigar o compensar las perturbaciones existentes. En el capítulo I, se da a conocer los

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aspectos generales del presente trabajo de tesis, como planteamiento del problema, objetivos, justificaciones, hipótesis y otros aspectos inherentes a este capítulo. En el capítulo II, se presenta toda la teoría necesaria correspondiente a los armónicos, su generación y sus efectos, así como el marco normativo existente tanto a nivel nacional e internacional, con respecto a la tolerancia permitida de las distorsiones armónicas. En el capítulo III, se presenta un diagnóstico a las celdas de salida en baja tensión de las sub estacione 10021 y 10823, para establecer la calidad del producto existente, el comportamiento de sus componentes armónicas que ocasionan una distorsión en la forma de onda fundamental, para posteriormente establecer si cumplen o no los indicadores mínimos establecidas en las normas. En el capítulo IV, se ha desarrollado un análisis de los filtros existentes, para posteriormente hacer una selección de la alternativa más viable para mejorar la calidad del producto de la energía eléctrica. En el capítulo V, Utilizando la herramienta informática simulink existente en el software Matlab, se hizo la simulación insertando el filtro seleccionado, que nos permitió observar en que porcentaje disminuye la distorsión de la corriente contaminada, y contrastar los resultados con la hipótesis planteada” (2019, p. VI).

(Salinas Basualdo, 1996) En su tesis titulada “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA Y SU ANÁLISIS DE ARMÓNICAS EN LA PLANTA DE GENERACIÓN DE HIDRÓGENO DE 600 M3/H DE CAPACIDAD EN EL SISTEMA ELÉCTRICO DE UNA INDUSTRIA OLEAGINOSA” presenta el resumen siguiente:

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La presencia de armónicas en los sistemas eléctricos origina diversos efectos perjudiciales en la red. El análisis de las componentes armónicas en una red es un estudio muy complejo y requiere por lo tanto el uso de programas digitales para su evaluación. El presente trabajo de tesis desarrolla el análisis de los sistemas eléctricos potencia ante la presencia de cargas no-lineales que introducen corrientes no sinusoidales al sistema y por lo tanto producen ondas distorsionadas de tensión; este trabajo se encuentra basado en la experiencia obtenida en el desarrollo del estudio definitivo de filtrado de armónicas e implementación de un sistema de compensación de energía reactiva en el sistema eléctrico de las instalaciones de una industria oleaginosa. Últimamente ante el incremento de la electrónica de potencia, como los convertidores estáticos que son usados ampliamente en la industria, que presentan características de no-linealidad se han originado problemas en la calidad de la energía eléctrica tanto en los propios clientes que inyectan estas corrientes armónicas como a los otros que se encuentran conectados en la misma barra de suministro. Los perjuicios en otros dispositivos y/o equipos de la planta llegan a ser muy grandes debido a que muchos de ellos son susceptibles a las armónicas de tensión y/o corriente; de igual manera, está la potencial condición de resonancia por la presencia de sistemas de compensación de energía reactiva para reducir el factor de potencia. Por lo tanto, se hace necesario de que estas cargas no- lineales sean evaluadas ante las condiciones de operación y de contingencias del sistema eléctrico, de tal manera de determinar el método más adecuado a implementar que ayude a reducir o cancelar estas corrientes armónicas. En el primer capítulo se hace una descripción del problema de las corrientes armónicas, originado por el equipamiento progresivo de dos

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Subestaciones Rectificadoras cada una de 300 m3/h respectivamente, en las instalaciones de la Planta Industrial. Asimismo, se hace énfasis en la reducción del rubro energético en los costos de producción a través de un sistema de compensación de energía reactiva, por la inserción de esta nueva carga, de tal manera de mejorar la confiabilidad y productividad de la Planta Industrial. En el segundo capítulo, se hace un breve desarrollo de la Planta Industrial explicando su proceso productivo, los suministros de energía que utiliza y una descripción concisa de su sistema eléctrico. En el tercer capítulo, se hace un detalle teórico de las armónicas indicando cuales son las fuentes, los efectos que producen al sistema eléctrico, como se pueden suprimir y minimizar sus efectos;

además, se definen cuáles son los límites de armónicas establecidas por normas internacionales que servirán de referencia en el desarrollo de este trabajo. En el cuarto capítulo, se detallan las mediciones de demanda y energía de las cargas, así como las mediciones de armónicas efectuadas de tal manera de determinar los niveles generados de corrientes armónicas. En el quinto capítulo, se hace un análisis detallado de la presencia de armónicas en la red de la Planta, así como su efecto con la red del Sistema Interconectado Centro-Norte (SICN), para las diferentes condiciones de operación de los rectificadores incluyendo el sistema de compensación de energía reactiva propuesto. En el sexto capítulo, se realiza el dimensionamiento final del sistema de compensación de energía reactiva, y además se ejecutan las especificaciones técnicas de este sistema. En el séptimo capítulo, se efectúa el análisis económico del sistema de compensación de energía reactiva propuesto, así como se detallan los beneficios obtenidos por su implementación, indicándose los factores de evaluación económica (valor actual neto y tasa interna de retorno). Igualmente, se ha realizado un análisis de

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sensibilidad de tal manera de determinar la resistencia del proyecto ante variaciones aleatorias de algunos rubros importantes. Por último, se desarrollan las conclusiones que se obtienen de este trabajo.

2.1.3 Antecedentes Regionales

(Mendoza & Rolando, 2015) En su tesis titulada “ANÁLISIS DESCRIPTIVO DE LA AMORTIGUACIÓN Y ELIMINACIÓN DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA” menciona lo siguiente:

La tesis para su mejor comprensión y siguiendo los lineamientos de la investigación científica se desarrolla en cuatro capítulos los cuales son:

1. Bases fundamentales de la tesis.

2. Marco teórico.

3. Análisis del Objeto de estudio.

4. Presentación de Resultados.

5. Evaluación de Resultados.

En el primer capítulo se plantea el problema general y los problemas específicos, con sus objetivos correspondientes, además se plantea las variables, la justificación y la hipótesis general como específicas; el segundo capítulo se hace referencia a los conceptos generales sobre los armónicos, a los sobrevoltajes producidos por los armónicos en los sistemas eléctricos de potencia y demás conceptos vertidos por varios autores, además se desarrolla la teoría general de los diversos generadores de armónicos, se hace referencia a los convertidores electrónicos de potencia empezando por los rectificadores hasta los inversores, la generación de armónicos en las máquinas eléctricas; así como en los transformadores, fluorescentes y hornos de arco; el tercer capítulo trata

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sucintamente sobre los circuitos resonantes serie, paralelo, la resonancia con presencia de armónicos, la eliminación de armónicos mediante un banco de capacitores; se trata también sobre los filtros pasivos, serie, paralelo y el filtro simple sintonizable, la selección y ubicación de los filtros pasivos en un sistema eléctrico de potencia y se termina el capítulo con los problemas de los filtros; el cuarto capítulo se presenta los resultados mediante la aplicación de un ejemplo práctico donde un UPS con un alto contenido de armónico de corriente inyecta a la red eléctrica realizando la captura de datos para que finalmente en el quinto capítulo se realice la evaluación de los resultados obtenidos en el ejemplo práctico para realizar el diseño del filtro adecuado para la red eléctrica.

(POMALAYA, 2021). En su tesis titulada “ANÁLISIS DE LA DISTORSION ARMONICA EN LA IMPLEMENTACION DE FACTS EN EL SISTEMA ELECTRICO DE DISTRIBUCION PRIMARIA DE CHANCHAMAYO, JUNIN”

refiere lo siguiente:

La presente tesis tiene por objetivo determinar los armónicos característicos que predominan en la distorsión provocada al implementar FACTS en el sistema eléctrico de distribución primaria de Chanchamayo.

El método de la investigación es analítico y para el desarrollo y alcance del objetivo se modeló el sistema y se realizó la posterior implementación y simulación de los compensadores. El diseño propuesto es el pre experimental teniendo como muestra y población a los alimentadores A4802 Y A4803 del sistema de distribución eléctrico Chanchamayo. Las variables de la investigación fueron la variable independiente: Implementación de los FACTS en el sistema y la variable dependiente: Distorsión Armónica THD.

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Los resultados de la investigación muestran que la implementación del Compensador estático de energía reactiva reduce la potencia reactiva y no produce resonancia eléctrica con el sistema y se puede verificar la presencia significativa de los armónicos de orden 5, 7.

2.2 Bases Teóricas 2.2.1 Armónicos

En un sistema eléctrico el armónico es un voltaje o corriente múltiplos de la frecuencia fundamental del sistema. Estos se pueden describir mejor como la forma o las características de una onda de voltaje o corriente en relación para su mejor análisis.

Figura 2 Onda con contenido armónico.

(30)

16 2.2.1.1 Origen de los armónicos

En un sistema eléctrico ideal debe suministrar un voltaje con las siguientes características:

• Amplitud constante.

• Forma de onda sinusoidal.

• Frecuencia constante.

• Simetría en el caso de red trifásica.

Por otro lado, en un sistema eléctrico real no se cumple con las características ideales mencionadas anteriormente en la práctica las redes eléctricas presentan perturbaciones que alteran a la calidad del servicio las cuales son:

• Variaciones de frecuencia.

• Variaciones de la amplitud del voltaje (flicker).

• Sobretensiones.

• Asimetrías entre las fases.

• Deformaciones en voltajes y corrientes => Armónicas.

(31)

17

Figura 3 Diagrama de distorsión de voltaje.

2.2.1.2 Factores de distorsión

Distorsión Individual de Voltajes

Distorsión Individual de Corrientes

(32)

18 Distorsión total de voltajes

Distorsión total de corrientes

2.2.2 Resonancia

La presencia de capacitores y reactores originan resonancias las cuales producen corrientes o voltajes excesivos que afectan los equipos del sistema eléctrico.

2.2.2.1 Resonancia en paralelo

La resonancia en paralelo resulta en una impedancia muy alta que presenta el sistema a la corriente armónica correspondiente porque la mayoría de las cargas generadoras de armónicos pueden ser consideradas como fuentes de corriente y como resultado se presenta elevados voltajes y corrientes armónicas en las ramas de la impedancia en paralelo.

Figura 4 Resonancia en paralelo.

(33)

19

La condición de paralelo ocurre cuando el denominador de la ecuación anterior es igual a cero.

Las reactancias a la frecuencia angular de resonancia.

Además,

Despejando los valore L y C y luego reemplazando la constante de resonancia.

(34)

20 2.2.2.2 Resonancia en serie

Bajo condiciones de resonancia serie, el sistema ofrece una impedancia muy baja a voltajes armónicos de frecuencia igual a la de resonancia. Por lo tanto, pequeños voltajes armónicos en el sistema pueden originar elevadas corrientes armónicas en los equipos. Como se explicará más adelante, los filtros de armónicos tienen por función introducir una resonancia serie en un barraje dado del sistema. De esta forma, corrientes armónicas inyectadas por cargas deformantes, pueden ser fácilmente drenadas a tierra.

2.2.2.3 Metodología para la armónica de resonancia

El barrido de frecuencia “es el primer paso para realizar un estudio de armónicos a un sistema eléctrico. El desarrollo de un barrido en frecuencia es básicamente un diagrama de Bode de la impedancia del sistema en el punto de inyección de armónicos” (Carvajal, 2007, p. 48).

Este barrido en frecuencia es básicamente un diagrama de Bode de la impedancia del sistema en el punto de inyección de armónicos.

(35)

21

Figura 5 Barrido de frecuencia.

2.2.3 Rectificador

Los rectificadores se modelan como fuentes de corriente constante para cada frecuencia armónica y son calculadas respecto a la corriente de la frecuencia fundamental.

Existe rectificadores de dos, seis y doce pulsos.

Rectificador trifásico de12 pulsos.

Un rectificador trifásico de 12 pulsos es el equivalente a un rectificador trifásico de 6 pulsos. Este rectificador tiene la ventaja de introducir menor cantidad de armónicos a la red, debido a que cada uno de los rectificadores están unidos a transformadores, las cuales ayudan a filtrar armónicos. El modelo se presenta en la siguiente figura:

(36)

22

Figura 6 Rectificador de 12 pulsos.

Para el rectificador 1; IP1, es la corriente de línea del primario del trasformador acoplado al rectificador 1, IS1 es la corriente de línea del secundario del trasformador acoplado al rectificador 1. x Para el rectificador 2; IP2 es la corriente de línea del primario del trasformador acoplado al rectificador 2, IS2 es la corriente de línea del secundario del trasformador acoplado al rectificador 2. x Donde IT es la corriente inyectada al sistema por del rectificador de 12 pulsos.

La ecuación característica de un rectificador de 12 pulsos es:

2.2.4 Calidad de tensión

La calidad de tensión en la presente investigación se define según la norma técnica de calidad de servicios eléctricos.

(37)

23

2.2.4.1 La norma técnica de calidad de servicios eléctricos

En el Perú se fiscaliza la calidad del nivel tensión con dos normas: NTCSE y NTCSER. Las exigencias de la calidad del nivel tensión varían entre las normas, esto porque estas normas se aplican de acuerdo al sector típico al cual pertenece el sistema en estudio.

Figura 7 Exigencias del nivel tensión según NTCSE.

Figura 8 Exigencias del nivel tensión según NTCSER.

Indicador, para evaluar la calidad de tensión de entrega se determina en un intervalo de medición (k) de quince (15) minutos de duración, es la diferencia (∆V) entre la media de los valores eficaces (RMS) instantáneos medidos en el punto de entrega (Vk) y el valor de la tensión nominal (VN) del mismo punto. Este indicador está expresado como un porcentaje de la tensión nominal del punto:

ΔVk (%) = (Vk – VN) / VN • 100%; (expresada en: %)

Se considera que la energía eléctrica suministrada a través de un alimentador es de mala calidad, si la cantidad de Intervalos de Medición que resultan fuera del rango de tolerancias establecidas en este literal es superior al cinco por ciento (5%) del total de Intervalos de Medición correspondientes a las mediciones de dicho alimentador.

Evalúa Indicador Tolerancias Sanciones /

Compensación Tensión ∆ Vk(%)

(% de desviación de la tensión nominal)

Pago de compensación

% V nominal Urbano

BT ± 5% Vn

MT ± 5% Vn

Nivel de tensión

(38)

24 2.3 Conceptos Básicos

Armónicos

Es el resultado de variaciones en un rango de frecuencia.

Resonancia

Ocurre cuando un sistema es capaz de almacenar y distribuir energía.

Calidad

Es un conjunto de propiedades de algún bien o servicio que permite caracterizarla.

Tensión

Es la diferencia de potencial entre dos puntos.

Alimentador

Es un circuito en media tensión.

Circuito

Es la interconexión entre varios elementos eléctricos.

NTCSE

Es la norma técnica de calidad de servicios eléctricos aplicados o supervisados a los sistemas eléctricos en la zona urbana.

NTCSER

Es la norma técnica de calidad de servicios eléctricos aplicados o supervisados a los sistemas eléctricos en la zona rural.

(39)

25 2.4 Hipótesis

2.4.1 Hipótesis general

El análisis de los armónicos y resonancia mejora la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

2.4.2 Hipótesis específicas

El análisis de los armónicos mejora la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

El análisis de la resonancia mejora la calidad tensión en los circuitos alimentadores del sistema eléctrico Oxapampa.

2.5 Variables

Variable independiente Armónicos y resonancia

Variable dependiente Calidad de tensión

2.6 Operacionalización de las Variables

Tabla 1 Operacionalización de las variables.

VARIABLES INDICADORES UNIDAD DE

MEDIDA TIPO DE

VARIABLE Variable

independiente Armónicos y

resonancia

Armónicos THD%

Numérica o categórica

Frecuencia Hz

Impedancia Ω

Variable dependiente

Calidad de tensión

Voltaje kV Numérica o

categórica

(40)

26 Capítulo III

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.

(41)

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.

(42)

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.

(43)

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.

(44)

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.

(45)

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.

(46)

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.

(47)

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).

(48)

34

(49)

35

En este alimentador A4865 también se evaluó el flujo de carga en condiciones normales, en la siguiente tabla se muestra los resultados.

extremo inicial (pu) Nivel de tensión extremo final (pu)

A 1,131 1,079

B 1,127 1,108

C 1,333 1,122

(50)

36

(51)

37

En este alimentador A4866 también se evaluó el flujo de carga en condiciones normales, en la siguiente tabla se muestra los resultados.

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

(52)

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.

(53)

39

Figura 20 Instalación del reactor de barra.

Figura 21 Modelamiento del reactor de barra.

(54)

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).

(55)

41 Verificar los niveles de tensión en el alimentador A4865.

Verificar los niveles de tensión en el alimentador 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

(56)

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

(57)

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.

(58)

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).

(59)

45

Figura 30 Fuente armónica para el alimentador A4864.

Figura 31 Rectificador de 2 pulsos (A4864).

(60)

46 A4865

(61)

47

Figura 33 Fuente armónica para el alimentador (A4865).

(62)

48 A4866

(63)

49

Figura 36 Fuente armónica para el alimentador(A4866).

(64)

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

(65)

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.

(66)

52 Resultados en la barra de 60kV

Tabla 7 Armónicos en la barra de 60kV.

Harmonics OXA60B OXA60B OXA60B Rated

Frequency

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.

(67)

Tabla 8 Armónicos en la barra de 138kV.

Frequency

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).

(68)

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.

(69)

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

(70)

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.

(71)

Tabla 11 Magnitudes de la impedancia en la barra de 138kV.

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.

(72)

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

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

(73)

59

Figura 48 Gráfica de armónicos en la barra 22.9kV, después de conectar el filtro sintonizado.

Tabla 133 Armónicos en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado.

Frequency

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.

(74)

Tabla 144 Armónicos en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.

Frequency

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.

(75)

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.

Figura 53 Forma de onda de tensión en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.

(76)

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

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.

(77)

Tabla 166 Magnitudes de la impedancia en la barra de 60kV, después de conectar el filtro sintonizado.

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.

(78)

Tabla 177 Magnitudes de la impedancia en la barra de 138kV, después de conectar el filtro sintonizado.

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.

(79)

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).

(80)

66 4.3 Discusión de Resultados

En la presente investigación se plantea un análisis de seguridad realizando dos estudios (contingencias)