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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

I&D de Occidente S.A.S

Análisis de Calidad de Energía - INVIAS

1

Ingenieros Responsables: Alexander Bedoya Duque Ingeniero Electricista M.P CL 205-36348

Bogotá D.C, Noviembre de 2016

Contenido 1.

Condiciones Generales..........................................................................................................5

2.

Definiciones..............................................................................................................................6

3.

Toma de Datos........................................................................................................................9

4.

Análisis estadístico de los datos..........................................................................................13

5.

Sistema de puesta a tierra (SPT)........................................................................................46

6.

Conclusiones..........................................................................................................................65

7.

Anexo1. Certificados de Calibración...................................................................................66

Ilustraciones Ilustración 1. Analizador De Redes Lovato DMG 800.......................................................................10 Ilustración 2. Transformador de corriente 600/5 a 1 1000/5 a.......................................................11 Ilustración 3. Transformador edificio INVIAS...................................................................................14 Ilustración 4. Placa características Transformador edificio INVIAS...................................................14 Ilustración 5. Intervalos de confianza F1-N (V).................................................................................16 Ilustración 6. Gráfico de continuidad y dispersión F1-N (V).............................................................16 Ilustración 7. Intervalos de confianza F2-N (V).................................................................................18 Ilustración 8. Gráfico de continuidad y dispersión F2-N (V).............................................................18 Ilustración 9. Intervalos de confianza F3-N (V).................................................................................20 Ilustración 10. Gráfico de continuidad y dispersión F3-N (V)...........................................................20 Ilustración 11. Intervalos de confianza FEq-N (V).............................................................................22 Ilustración 12. Gráfico de continuidad y dispersión FEq-N (V).........................................................22 Ilustración 13. Intervalos de confianza F1-F2 (V)..............................................................................25 Ilustración 14. Gráfico de continuidad y dispersión F1-F2 (V)..........................................................25 Ilustración 15. Intervalos de confianza F2-F3 (V)..............................................................................27 Ilustración 16. Gráfico de continuidad y dispersión F2-F3 (V)..........................................................27 Ilustración 17. Intervalos de confianza F3-F1 (V)..............................................................................29 Ilustración 18. Gráfico de continuidad y dispersión F3-F1 (V)..........................................................29 Ilustración 19. Intervalos de confianza F – F eq. (V).........................................................................31 Ilustración 20. Gráfico de continuidad y dispersión F – F eq. (V)......................................................31 Ilustración 21. Gráfico de continuidad y dispersión Corriente L1 (A)..............................................34 Ilustración 22. Grafica de series de tiempo de corriente l1 [a].........................................................34 Ilustración 23. Gráfico de continuidad y dispersión Corriente L2 (A)..............................................36 Ilustración 24. Grafica de series de tiempo de corriente l2 [a].........................................................36 Ilustración 25. Gráfico de continuidad y dispersión Corriente L3 (A)..............................................38 Ilustración 26. Grafica de series de tiempo de corriente l3 [a].........................................................38

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Ilustración 27. Grafica de series de tiempo de corriente L1-L2-L3 [A]..............................................39 Ilustración 28. Histograma (con curva normal) de Potencia Activa Eq [kW]....................................41 Ilustración 29. Banco de condensadores..........................................................................................42 Ilustración 30. Histograma (con curva normal) de Potencia Reactiva Eqv [kVAR]...........................43 Ilustración 31. Histograma (con curva normal) de Potencia Aparente Eqv [kVA]............................44 Ilustración 32. Gráfica de probabilidad de Factor de Potencia Eqv..................................................46 Ilustración 33. Metodo de la curva de caida de potencial................................................................47 Ilustración 34. mEDICION DEL spt....................................................................................................48 Ilustración 35. Medición 1 SPT.........................................................................................................49 Ilustración 36. Medición 2 SPT.........................................................................................................49 Ilustración 37. Medición 3 SPT.........................................................................................................50 Ilustración 38. Valores de referencia para resistencia de puesta a tierra. Fuente RETIE..................50 Ilustración 39 . Diagrama método Wenner. Fuente AEMC...............................................................51 Ilustración 40. Mediciones longitudinales........................................................................................54 Ilustración 41. Medición longitudinal 1 m........................................................................................54 Ilustración 42. Medición longitudinal 2 m........................................................................................55 Ilustración 43. Medición longitudinal 3 m........................................................................................55 Ilustración 44. Mediciones trasversales...........................................................................................56 Ilustración 45. Medición trasversal 1 m...........................................................................................56 Ilustración 46. Medición trasversal 2 m...........................................................................................57 Ilustración 47. Medición trasversal 3 m...........................................................................................57 3 Ilustración 48. SPT a construir..........................................................................................................60 Ilustración 49. Tipos de soldaduras exotermicas..............................................................................62 Ilustración 50. Conector TGC. Fuente CHEC.....................................................................................63 Ilustración 51. Instalación relleno. Fuente seguridad eléctrica........................................................64

Tablas Tabla 1. Resumen Estadisticos tensión F1 – N [V]............................................................................15 Tabla 2. Resumen Estadisticos tensión F2 – N [V]............................................................................17 Tabla 3. Resumen Estadisticos tensión F3 – N [V]............................................................................19 Tabla 4. Resumen Estadisticos tensión FEq – N [V]..........................................................................21 Tabla 5. Resumen Estadisticos tensión F1 – F2 [V]...........................................................................24 Tabla 6. Resumen Estadisticos tensión F2 – F3 [V]...........................................................................26 Tabla 7. Resumen Estadisticos tensión F3 – F1 [V]...........................................................................28 Tabla 8. Resumen Estadisticos tensión F – F eq. [V].........................................................................30 Tabla 9. Resumen Estadisticos corriente L1 [A]................................................................................33 Tabla 10. Resumen Estadisticos corriente L2 [A]..............................................................................35 Tabla 11. Resumen Estadisticos corriente L3 [A]..............................................................................37 Tabla 12. Resumen Estadisticos Potencia Activa Eqv [kw................................................................40 Tabla 13. Resumen Estadisticos Potencia Reactiva Eqv [kVAR].......................................................41

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Tabla 14. RESULTADOS ESTADISTICOS POTENCIA aparente EQV [Kva]...........................................43 Tabla 15. RESULTADOS ESTADISTICOS factor de POTENCIA.............................................................45 Tabla 16. RESULTADOS mediciones malla subestacion....................................................................48 Tabla 17. Características conductor de cobre..................................................................................61

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

1. Condiciones Generales En este documento se realiza el análisis de calidad de energía y potencia, del edificio de INVIAS, asociado con el centro de cómputo en la ciudad de Bogotá D.C. De igual manera se verificó que las instalaciones eléctricas asociadas al centro de cómputo, cumplan con las normas vigentes de seguridad eléctrica y calidad de energía emanadas por el Ministerio de Minas y Energía de la Republica de Colombia. Para la elaboración del análisis se tuvieron en cuenta las siguientes referencias: 

Norma Técnica Colombiana NTC 2050 “Código Eléctrico Colombiano”.



RETIE “Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas”.



Norma Técnica Colombiana NTC 5019. Selección de Equipos de Medición de Energía Eléctrica.



Tierras. Soporte de la Seguridad Eléctrica. Cuarta Edición. Favio Casas Ospina.

El objetivo fundamental de este documento es establecer a través de mediciones en el tiempo las variables eléctricas de voltajes, corrientes y los diferentes tipos de potencia que el centro de cómputo del edificio de INVIAS, ubicado en Bogotá D.C consume al utilizar los diferentes equipos allí instalados y así realizar un estudio estadístico con el fin de hallar la cargabilidad del transformador, conductores, el tablero general de baja tensión y los diferentes tableros de distribución asociados al centro de cómputo. El estudio se realiza con el fin de determinar la calidad de energía suministrada a los equipos existentes en el centro de cómputo, capacidad de carga utilizada y la disponibilidad existente en el transformador y redes existentes. De la misma forma realizar las recomendaciones necesarias para optimizar el funcionamiento de dichos equipos.

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2. Definiciones Las definiciones mostradas a continuación fueron reproducidas del artículo 3. Definiciones del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) CALIDAD: La totalidad de las características de un ente que le confieren la aptitud para satisfacer necesidades explícitas e implícitas. Es un conjunto de cualidades o atributos, como disponibilidad, precio, confiabilidad, durabilidad, seguridad, continuidad, consistencia, respaldo y percepción. CARGA: La potencia eléctrica requerida para el funcionamiento de uno o varios equipos eléctricos o la potencia que transporta un circuito. CARGABILIDAD: Límite térmico dado en capacidad de corriente, para líneas de transporte de energía, transformadores entre otros. CAPACIDAD DE CORRIENTE: Corriente máxima que puede transportar continuamente un conductor en las condiciones de uso, sin superar la temperatura nominal de servicio. CAPACIDAD O POTENCIA INSTALADA: Es la sumatoria de las cargas en kVA continuas y no continuas, diversificadas, previstas para una instalación de uso final. Igualmente, es la potencia nominal de una central de generación, subestación, línea de transmisión o circuito de la red de distribución. CAPACIDAD O POTENCIA INSTALABLE: Se considera como capacidad instalable, la capacidad en kVA que puede soportar la acometida a tensión nominal de la red, sin que se eleve la temperatura por encima de 60 ºC en cualquier punto o la carga máxima que soporta la protección de sobrecorriente de la acometida, cuando exista. CAPACIDAD NOMINAL: El conjunto de características eléctricas y mecánicas asignadas a un equipo o sistema eléctrico por el diseñador, para definir su funcionamiento bajo unas condiciones específicas. CERTIFICACIÓN: Procedimiento mediante el cual un organismo expide por escrito o por un sello de conformidad, que un producto, un proceso o servicio cumple un reglamento técnico o una(s) norma(s) de fabricación. CIRCUITO ELÉCTRICO: Lazo cerrado formado por un conjunto de elementos, dispositivos y equipos eléctricos, alimentados por la misma fuente de energía y con las mismas protecciones contra sobretensiones y sobrecorrientes. No se toman los cableados internos de equipos como circuitos. CONDUCTOR A TIERRA: También llamado conductor del electrodo de puesta a tierra, es aquel que conecta un sistema o circuito eléctrico intencionalmente a una puesta a tierra.

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

CORRIENTE ELÉCTRICA: Es el movimiento de cargas eléctricas entre dos puntos que no se hallan al mismo potencial, por tener uno de ellos un exceso de electrones respecto al otro. DISPONIBILIDAD: Certeza de que un equipo o sistema sea operable en un tiempo dado. Cualidad para operar normalmente. EQUIPOTENCIALIZAR: Es el proceso, práctica o acción de conectar partes conductivas de las instalaciones, equipos o sistemas entre sí o a un sistema de puesta a tierra, mediante una baja impedancia, para que la diferencia de potencial sea mínima entre los puntos interconectados. FACTOR DE POTENCIA: La relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S,[1] .Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0. FASE: Designación de un conductor, un grupo de conductores, un terminal, un devanado o cualquier otro elemento de un sistema polifásico que va a estar energizado durante el servicio normal. INSTALACIÓN ELÉCTRICA: Conjunto de aparatos eléctricos, conductores y circuitos asociados, previstos para un fin particular: generación, transmisión, 7 transformación, conversión, distribución o uso final de la energía eléctrica. PLANO ELECTRICO: Representación gráfica de las características de diseño y las especificaciones para construcción o montaje de equipos y obras eléctricas. POTENCIA ELÉCTRICA: Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. POTENCIA ACTIVA: Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos y, en consecuencia, cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda. Se designa con la letra P y se mide en vatios -watt- (W) o kilovatios -kilowatt- (kW). POTENCIA APARENTE: La potencia compleja de un circuito eléctrico de corriente alterna (cuya magnitud se conoce como potencia aparente y se identifica con la letra S), es la suma (vectorial) de la potencia que disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo (conocida como potencia promedio, activa o real, que se designa con la letra P y se mide en vatios (W)) y la potencia utilizada para la

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formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes, que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva, que se identifica con la letra Q y se mide en voltiamperios reactivos (var)). POTENCIA REACTIVA: Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo necesario. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (var) y se designa con la letra Q. PUESTA A TIERRA: Grupo de elementos conductores equipotenciales, en contacto eléctrico con el suelo o una masa metálica de referencia común, que distribuye las corrientes eléctricas de falla en el suelo o en la masa. Comprende electrodos, conexiones y cables enterrados. PUNTO NEUTRO: Es el nodo o punto común de un sistema eléctrico polifásico conectado en estrella o el punto medio puesto a tierra de un sistema monofásico. RED INTERNA: Es el conjunto de redes, tuberías, accesorios y equipos que integran el sistema de suministro del servicio público al inmueble a partir del medidor. Para edificios de propiedad horizontal o condominios, es aquel sistema de suministro del servicio al inmueble a partir del registro de corte general cuando lo hubiere. RETIE O Retie: Acrónimo del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas 8 adoptado por Colombia. RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA: Es la relación entre el potencial del sistema de puesta a tierra a medir. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA (SPT): Conjunto de elementos conductores continuos de un sistema eléctrico específico, sin interrupciones, que conectan los equipos eléctricos con el terreno o una masa metálica. Comprende la puesta a tierra y la red equipotencial de cables que normalmente no conducen corriente. SUBESTACIÓN: Conjunto único de instalaciones, equipos eléctricos y obras complementarias, destinado a la transferencia de energía eléctrica, mediante la transformación de potencia.

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3. Toma de Datos Con el objetivo de realizar las mediciones de análisis de calidad de potencia y los parámetros eléctricos en el edificio de INVIAS, asociados al centro de cómputo, se instalaron dos (2) analizadores de redes marca Lovato referencia DMG 800 y tres transformadores de corriente de núcleo abierto 600/5 A y 1000/5 A, respectivamente, esto de acuerdo a la comunicación de la aceptación de la oferta 01609 de 2016. 1. Mediciones de parámetros eléctricos con equipo analizador de calidad de energía, por un periodo de veinticuatro (24) horas consecutivas en el lado de Baja tensión del transformador de la subestación principal de las instalaciones del Instituto Nacional de Vías. Cantidad 1. 2. Mediciones de parámetros eléctricos con equipo analizador de calidad de energía, por un periodo de cuatro (4) horas consecutivas en cinco salidas del tablero de distribución principal y en las entradas y salidas de las UPS de 70 kVA y 100 kVA de las instalaciones del Instituto Nacional de Vías. Cantidad. 9. 3. Mediciones de parámetros eléctricos con equipo analizador de calidad de energía, por un periodo de veinticuatro (24) horas consecutivas en la 9 entrada y salida de UPS de 10,16 y 36 kVA del Centro de Datos 6 piso de las instalaciones del INVIAS. Cantidad 6. Dentro de la aceptación de la oferta también se solicitaba las “mediciones de parámetros eléctricos con equipo analizador de calidad de energía, por un periodo de veinticuatro horas consecutivas en la acometida de media tensión de la subestación de las instalaciones del INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. Esta medición se realiza para evaluar la calidad de energía suministrada por el operador de la red”, se sugirió al supervisor no realizar esta actividad debido al siguiente concepto: En un transformador, la potencia que se consume en la carga, es la misma que suministra en la fuente. S1=S 2 El transformador como tal, no es una carga, solo cumple las funciones de reducir la tensión de media a tensión (11.8 kV) a baja tensión (227 V), con el fin de poder ser utilizada por los equipos existentes en la edificación.

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Por lo anterior se concluye que no se hace necesario la medición de ambos devanados del transformador ya que la calidad de energía que se mide a la salida del secundario del transformador es un reflejo de lo que sucede a la entrada primaria del mismo. De la misma manera se sugiere realizar de manera adicional las mediciones a la salida de las UPS de 70 y 100 kVA, ya que a diferencia de los transformadores las UPS también mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red. La toma de datos de acuerdo a lo descrito anteriormente se puede observar a continuación: ITEM 1

2

3

FECHA DE INICIO

HORA DE INICIO

FECHA DE TERMINACION

HORA DE TERMINACION

CANTIDAD DE HORAS

TRANSFORMADOR

24/10/2016

6:50:39 PM

SUBESTACION - UPS 70 Y 100 kVA

24/10/2016

8:15:03 AM

25/10/2016

6:49:36 PM

24.0

24/10/2016

12:16:36 PM

SUBESTACION - LOCALES

24/10/2016

4.0

8:23:22 AM

24/10/2016

12:22:28 PM

4.0

24/10/2016

12:30:53 PM

24/10/2016

6:41:04 PM

6.2

24/10/2016

3:35:04 PM

25/10/2016

7:16:49 AM

15.7

25/10/2016 25/10/2016 26/10/2016 26/10/2016

8:14:34 AM 12:56:01 PM 8:19:57 AM 1:25:50 PM

25/10/2016 25/10/2016 26/10/2016 26/10/2016

12:34:50 PM 5:59:13 PM 12:43:00 PM 5:25:44 PM

4.3 5.1 4.4 4.0

SUBESTACION - BREAKER SIEMENS

09/11/2016

12:56:33 PM

09/11/2016

5:00:57 PM

4.1

ENTRADA UPS 36 kVA SALIDA UPS 36 kVA ENTRADA UPS 16 kVA SALIDA UPS 16 kVA ENTRADA UPS 10 kVA SALIDA UPS 10 kVA

25/10/2016 26/10/2016 09/11/2016 26/10/2016 27/10/2016 27/10/2016

6:11:41 PM 5:39:11 PM 8:08:11 AM 6:14:38 PM 6:26:14 PM 5:01:10 PM

26/10/2016 27/10/2016 10/11/2016 27/10/2016 28/10/2016 28/10/2016

6:09:55 PM 5:38:58 PM 8:10:55 AM 6:18:26 PM 6:25:58 PM 5:00:33 PM Total horas horas contratadas

24.0 24.0 24.0 24.1 24.0 24.0 219.8 204.0

CIRCUITO ELECTRICO

SUBESTACION - CUARTO ELECTRICO ORIENTAL I SUBESTACION - CUARTO ELECTRICO OCCIDENTAL ENTRADA UPS 70 kVA ENTRADA UPS 100 kVA SALIDA UPS 70 kVA SALIDA UPS 100 kVA

Ilustración 1. Analizador De Redes Lovato DMG 800

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 2. Transformador de corriente 600/5 a 1 1000/5 a

Los datos adquiridos fueron los siguientes: 1. Tensión F1 – N [V] 2. Tensión F2 – N [V] 3. Tensión F3 – N [V] 4. Tensión Equivalente F – N [V] 5. Tensión F1 – F2 [V] 6. Tensión F1 – F3 [V] 7. Tensión F2 – F3 [V] 8. Tensión Equivalente F – F [V] 9. Corriente L1 [A] 10.Corriente L2 [A] 11. Corriente L3 [A] 12.Corriente Equivalente [A] 13.Frecuencia [Hz] 14.Potencia Activa Equivalente [kW] 15.Potencia Reactiva Equivalente [kVAR] 16. Potencia Aparente Equivalente [kVA] 17.Factor de Potencia Equivalente 18.Potencia Activa L1 [kW] 19.Potencia Activa L2 [kW] 20.Potencia Activa L3 [kW] 21.Potencia Reactiva L1 [kVAR] 22.Potencia Reactiva L2 [kVAR] 23.Potencia Reactiva L3 [kVAR] 24.Potencia Aparente L1 [kVA] 25.Potencia Aparente L2 [kVA] 26.Potencia Aparente L3 [kVA] 27.Factor de Potencia L1

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

28.Factor de Potencia L2 29.Factor de Potencia L3 30.THD de tensión L1 [%] 31.THD de tensión L2 [%] 32.THD de tensión L3 [%] 33.THD de tensión L1-2 [%] 34.THD de tensión L2-3 [%] 35.THD de tensión L3-1 [%] 36.THD de corriente L1 [%] 37.THD de corriente L2 [%] 38.THD de corriente L3 [%] 39.Armónico 03 de tensión L1 [%] 40.Armónico 03 de tensión L2 [%] 41.Armónico 03 de tensión L3 [%] 42.Armónico 05 de tensión L1 [%] 43.Armónico 05 de tensión L2 [%] 44.Armónico 05 de tensión L3 [%] 45.Armónico 07 de tensión L1 [%] 46.Armónico 07 de tensión L2 [%] 47.Armónico 07 de tensión L3 [%] 48.Armónico 09 de tensión L1 [%] 49.Armónico 09 de tensión L2 [%] 50.Armónico 09 de tensión L3 [%] 51.Armónico 11 de tensión L1 [%] 52.Armónico 11 de tensión L2 [%] 53.Armónico 11 de tensión L3 [%] 54.Armónico 13 de tensión L1 [%] 55.Armónico 13 de tensión L2 [%] 56.Armónico 13 de tensión L3 [%] 57.Armónico 15 de tensión L1 [%] 58.Armónico 15 de tensión L2 [%] 59.Armónico 15 de tensión L3 [%] 60.Armónico 03 de corriente L1 [%] 61.Armónico 03 de corriente L2 [%] 62.Armónico 03 de corriente L3 [%] 63.Armónico 05 de corriente L1 [%] 64.Armónico 05 de corriente L2 [%] 65.Armónico 05 de corriente L3 [%] 66.Armónico 07 de corriente L1 [%] 67.Armónico 07 de corriente L2 [%]

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

68.Armónico 69.Armónico 70.Armónico 71.Armónico 72.Armónico 73.Armónico 74.Armónico 75.Armónico 76.Armónico 77.Armónico 78.Armónico 79.Armónico 80.Armónico

07 de corriente L3 [%] 09 de corriente L1 [%] 09 de corriente L2 [%] 09 de corriente L3 [%] 11 de corriente L1 [%] 11 de corriente L2 [%] 11 de corriente L3 [%] 13 de corriente L1 [%] 13 de corriente L2 [%] 13 de corriente L3 [%] 15 de corriente L1 [%] 15 de corriente L2 [%] 15 de corriente L3 [%]

La totalidad de los registros adquiridos pueden observarse en el archivo de Excel, localizado en el CD adjunto a este informe (Anexo 1 - Registro Datos Analizador de Redes).

4. Análisis estadístico de los datos Con los datos adquiridos que ascendieron a 1398 secuencias de tiempo, se procede a realizar el análisis estadístico utilizando la herramienta MINITAB, con el fin de determinar la calidad de energía y capacidad o potencia instalada entre otras del transformador existente. 4.1

CARACTERISTICAS DEL TRANSFORMADOR:

1. Capacidad: 2. Vp: 3. Vs:

400 kVA 13,2-11,4 216/125 V

kV

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 3. Transformador edificio INVIAS

14

Ilustración 4. Placa características Transformador edificio INVIAS

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

4.2 ANALISIS ESTADISTICO TENSIONES 4.2.1 T ENSIÓN F1 – N [V] Tabla 1. Resumen Estadísticos tensión F1 – N [V]

15

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 125 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases y el neutro seria entre 114 V y 138 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 127,36 V y 127,48 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 5. Intervalos de confianza F1-N (V)

De la misma manera la dispersión de los datos se puede observar a continuación:

16

Ilustración 6. Gráfico de continuidad F1-N (V)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.2.2 T ENSIÓN F2 – N [V] Tabla 2. Resumen Estadísticos tensión F2 – N [V]

17

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 125 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases y el neutro seria entre 114 V y 138 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 126,58 V y 126,69 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 7. Intervalos de confianza F2-N (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION FASE L2 [V] Normal

180

Media 126,6 Desv.Est. 1,083 N 1398

160 140

Frecuencia

120

18

100 80 60 40 20 0

124,0

124,8

125,6

126,4

127,2

128,0

128,8

TENSION FASE L2 [V]

Ilustración 8. Gráfico de continuidad F2-N (V)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.2.3 T ENSIÓN F3 – N [V] Tabla 3. Resumen Estadísticos tensión F3 – N [V]

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 125 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases y el neutro seria entre 114 V y 138 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 126,80 V y 126,92 V.

19

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 9. Intervalos de confianza F3-N (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION FASE L3 [V] Normal

180

Media 126,9 Desv.Est. 1,187 N 1398

160 140

Frecuencia

120

20

100 80 60 40 20 0

124,5

126,0

127,5

129,0

130,5

132,0

133,5

TENSION FASE L3 [V]

Ilustración 10. Gráfico de continuidad F3-N (V)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.2.4 T ENSIÓN E QUIVALENTE F – N [V] Tabla 4. Resumen Estadísticos tensión FEq – N [V]

21

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 125 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases y el neutro seria entre 114 V y 138 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 126,91 V y 127,03 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 11. Intervalos de confianza FEq-N (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION FASE EQV [V] Normal

Media 127,0 Desv.Est. 1,113 N 1398

160 140

Frecuencia

120 100

22

80 60 40 20 0

124,8

125,6

126,4

127,2

128,0

128,8

TENSION FASE EQV [V] Ilustración 12. Gráfico de continuidad FEq-N (V)

129,6

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

De lo anterior se puede concluir: 1. El operador de red está entregando una tensión constante por el lado primario del transformador. 2. Las tensiones monofásicas entre fases y neutro en condiciones normales de funcionamiento están entre 126,5 V y 127,5 V, con un intervalo de confianza del 95%. 3. Existen variación de tensión de baja duración que no representan problemas a la red eléctrica. Las depresiones (Sag o Dip), también conocidas como valles o huecos consisten en una reducción entre 0,1 y 0,9 p.u. en el valor R.M.S. de la tensión o corriente con una duración de 0,5 ciclo a un minuto. Las depresiones de tensión son normalmente asociadas a fallas del sistema, a la energización de grandes cargas, al arranque de motores de elevada potencia y a la energización de transformadores de potencia. Los efectos nocivos de las depresiones de tensión dependen de su duración y de su profundidad, estando relacionados con la desconexión de equipos de cómputo, PLC y contactores entre otros dispositivos. También presenta efectos sobre la velocidad de los motores. 1 4. Se puede considerar que la como tensión nominal 127 V F-N 23

1

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

4.2.5 T ENSIÓN F1 – F2 [V]

Tabla 5. Resumen Estadísticos tensión F1 – F2 [V]

24

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 226 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases seria entre 205 V y 248 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 220,07 V y 220,27 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 13. Intervalos de confianza F1-F2 (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION L1-L2 [V] Normal

140

Media 220,2 Desv.Est. 1,932 N 1398

120

Frecuencia

100

25

80 60 40 20 0

216,25

217,50

218,75

220,00

221,25

222,50

223,75

TENSION L1-L2 [V] Ilustración 14. Gráfico de continuidad F1-F2 (V)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.2.6 T ENSIÓN F2 – F3 [V]

Tabla 6. Resumen Estadísticos tensión F2 – F3 [V]

26

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 226 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases seria entre 205 V y 248 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 218,93 V y 219.68 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 15. Intervalos de confianza F2-F3 (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION L2-L3 [V] Normal

120

Media 219,0 Desv.Est. 1,895 N 1398

100

Frecuencia

80

27

60

40

20

0

215,00

216,25

217,50

218,75

220,00

221,25

222,50

TENSION L2-L3 [V] Ilustración 16. Gráfico de continuidad F2-F3 (V)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.2.7 T ENSIÓN F3 – F1 [V]

Tabla 7. Resumen Estadísticos tensión F3 – F1 [V]

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de 28 placa 226 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases seria entre 205 V y 248 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 220,34 V y 220,55 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 17. Intervalos de confianza F3-F1 (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION L3-L1 [V] Normal

Media 220,4 Desv.Est. 1,968 N 1398

120

Frecuencia

100

29

80

60

40

20

0

216,25

217,50

218,75

220,00

221,25

222,50

223,75

TENSION L3-L1 [V] Ilustración 18. Gráfico de continuidad F3-F1 (V)

225,00

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.2.8 T ENSIÓN F ASE – F ASE E QUIVALENTE [V]

Tabla 8. Resumen Estadísticos tensión F – F Eq. [V]

30

Siendo la tensión nominal de salida del transformador según características de placa 226 V, y de acuerdo al punto 6.2.1.1 de la Resolución 024 -2005 de la CREG y a la norma ANSI C84.1-2006 TABLA 1, donde especifican la tolerancia en la tensión de estado estable en un sistema de potencia. En Colombia los límites están definidos entre +10% y -10% de la tensión nominal. Atendiendo lo anterior para el transformador existente en el edificio, el rango de tensión entre cualquiera de las fases seria entre 205 V y 248 V. Observando los valores máximos y mínimos su puede concluir que las tensiones suministradas a los equipos del edificio de INVIAS están acorde a la normatividad establecida por los entes competentes. El intervalo de confianza de la media de las tensiones encontradas se encuentra entre 219,78 V y 219,98 V.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 19. Intervalos de confianza F – F eq. (V)

De la misma manera la dispersión de los datos y la continuidad de los mismos se puede observar a continuación: Histograma de TENSION EQV FASE A FASE [V] Normal

120

Media 219,9 Desv.Est. 1,928 N 1398

100

31

Frecuencia

80

60

40

20

0 215,00

216,25

217,50

218,75

220,00

221,25

222,50

223,75

TENSION EQV FASE A FASE [V] Ilustración 20. Gráfico de continuidad F – F Eq. (V)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

De lo anterior se puede concluir: 1. El operador de red está entregando una tensión constante por el lado primario del transformador. 2. Las tensiones bifásicas entre fases en condiciones normales de funcionamiento están entre 218,93 V y 220,55 V, con un intervalo de confianza del 95%. 3. Existen variación de tensión de baja duración que no representan problemas a la red eléctrica. Las depresiones (Sag o Dip), también conocidas como valles o huecos consisten en una reducción entre 0,1 y 0,9 p.u. en el valor R.M.S. de la tensión o corriente con una duración de 0,5 ciclo a un minuto. Las depresiones de tensión son normalmente asociadas a fallas del sistema, a la energización de grandes cargas, al arranque de motores de elevada potencia y a la energización de transformadores de potencia. Los efectos nocivos de las depresiones de tensión dependen de su duración y de su profundidad, estando relacionados con la desconexión de equipos de cómputo, PLC y contactores entre otros dispositivos. También presenta efectos sobre la velocidad de los motores. 2 4. Se puede considerar que la como tensión nominal 220 V F-F. 5. Teniendo 220 V (F-F), como voltaje nominal, el valor RMS teórico entre 32 220 fase y neutro es V, equivalente a 127 V, que es acorde a lo medido. √3

2

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Análisis de Calidad de Energía INVIAS

4.3 ANALISIS ESTADISTICO CORRIENTES 4.3.1 C ORRIENTE L1 [A] Tabla 9. Resumen Estadísticos corriente L1 [A]

De acuerdo a los resultados la mayor corriente encontrada durante la muestra 33 fue de 526 A. Al realizar el levantamiento se pudo observar que los conductores de fase que salen del secundario del transformador y van hasta la transferencia existente poseen un haz de conductores de 3x500 KCM y los conductores del neutro de 3x400 KCM en asilamiento THW de 75°C, los cuales de acuerdo a la tabla 310-16 Capacidad de corriente permisible en conductores aislados para 0 a 2000 V, del Código Eléctrico Nacional, Norma NTC 2050, este conductor posee una corriente máxima de conducción de 380 A por conductor, lo que equivale a 1140 A por el haz. El transformador de 400 kVA puede suministrar una corriente de 1049 A, para suplir las necesidades de la carga hasta 1049 A, por lo tanto el conductor de esta fase está correctamente dimensionado. Al realizar la inspección física se puede aducir que tanto el conductor como el aislamiento están en buenas condiciones. En conclusión se puede aseverar que las variaciones de corriente están por debajo del límite superior de corriente del conductor.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Histograma de CORRIENTE L1 [A] Normal

250

Media 270,4 Desv.Est. 116,0 N 1398

Frecuencia

200

150

100

50

0

0

80

160

240

320

400

480

CORRIENTE L1 [A]

Ilustración 21. Gráfico de continuidad Corriente L1 (A)

A través de la agrupación de los datos en cuartiles Q1 y Q3 se pude presumir que esta fase se encuentra concentrada entre 119 A y 388 A. A continuación se muestra un gráfico donde se observa las variaciones de corriente de 34 acuerdo al uso de aparatos eléctricos en el tiempo.

Ilustración 22. Grafica de series de tiempo de corriente L1 [A]

4.3.2 C ORRIENTE L2 [A]

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Tabla 10. Resumen Estadísticos corriente L2 [A]

De acuerdo a los resultados la mayor corriente encontrada durante la muestra fue de 588 A. Al realizar el levantamiento se pudo observar que los conductores de fase que salen del secundario del transformador y van hasta la transferencia existente 35 poseen un haz de conductores de 3x500 KCM y los conductores del neutro de 3x400 KCM en asilamiento THW de 75°C, los cuales de acuerdo a la tabla 310-16 Capacidad de corriente permisible en conductores aislados para 0 a 2000 V, del Código Eléctrico Nacional, Norma NTC 2050, este conductor posee una corriente máxima de conducción de 380 A por conductor, lo que equivale a 1140 A por el haz. El transformador de 400 kVA puede suministrar una corriente de 1049 A, para suplir las necesidades de la carga hasta 1049 A, por lo tanto el conductor de esta fase está correctamente dimensionado. Al realizar la inspección física se puede aducir que tanto el conductor como el aislamiento están en buenas condiciones. En conclusión se puede aseverar que las variaciones de corriente están por debajo del límite superior de corriente del conductor.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Histograma de CORRIENTE L2 [A] Normal

250

Media 286,2 Desv.Est. 125,9 N 1398

Frecuencia

200

150

100

50

0

0

80

160

240

320

400

480

560

CORRIENTE L2 [A]

Ilustración 23. Gráfico de continuidad L2 (A)

A través de la agrupación de los datos en cuartiles Q1 y Q3 se pude presumir que esta fase se encuentra concentrada entre 142 A y 414 A. A continuación se muestra un gráfico donde se observa las variaciones de corriente de acuerdo al uso de aparatos eléctricos en el tiempo. 36

Ilustración 24. Grafica de series de tiempo de corriente L2 [A]

4.3.3 C ORRIENTE L3 [A]

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Tabla 11. Resumen Estadísticos corriente L3 [A]

De acuerdo a los resultados la mayor corriente encontrada durante la muestra fue de 498 A. Al realizar el levantamiento se pudo observar que los conductores de fase que salen del secundario del transformador y van hasta la transferencia existente poseen un haz de conductores de 3x500 KCM y los conductores del neutro de 3x400 KCM en asilamiento THW de 75°C, los cuales de acuerdo a la tabla 310-16 Capacidad de corriente permisible en conductores aislados para 0 a 2000 V, del Código Eléctrico Nacional, Norma NTC 2050, este conductor posee una corriente máxima de conducción de 380 A por conductor, lo que equivale a 1140 A por el haz. El transformador de 400 kVA puede suministrar una corriente de 1049 A, para suplir las necesidades de la carga hasta 1049 A, por lo tanto el conductor de esta fase está correctamente dimensionado. Al realizar la inspección física se puede aducir que tanto el conductor como el aislamiento están en buenas condiciones. En conclusión se puede aseverar que las variaciones de corriente están por debajo del límite superior de corriente del conductor.

37

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Histograma de CORRIENTE L3 [A] Normal

200

Media 252,3 Desv.Est. 117,9 N 1398

Frecuencia

150

100

50

0

0

80

160

240

320

400

480

CORRIENTE L3 [A]

Ilustración 25. Gráfico de continuidad Corriente L3 (A)

A través de la agrupación de los datos en cuartiles Q1 y Q3 se pude presumir que esta fase se encuentra concentrada entre 123 A y 374 A. A continuación se muestra un gráfico donde se observa las variaciones de corriente de acuerdo 38 al uso de aparatos eléctricos en el tiempo. Gráfica de series de tiempo de CORRIENTE L3 [A] 500

CORRIENTE L3 [A]

400

300

200

100 Minuto Hora

50 18

50 21

50 0

50 3

50 6

50 9

50 12

Ilustración 26. Grafica de series de tiempo de corriente L3 [A]

50 15

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 4.3.4 B ALANCE DE F ASES L1 - L2 – L3 [A]

Seguidamente se podrá observar la comparación entre las corrientes de línea L1 – L2- L3, con el fin de determinar el balance de fases en el transformador. Gráfica de series de tiempo de CORRIENTE L1; CORRIENTE L2; ... 600

Variable CORRIENTE L1 [A] CORRIENTE L2 [A] CORRIENTE L3 [A]

500

Datos

400

300

200

39

100 Minuto Hora

50 18

50 21

50 0

50 3

50 6

50 9

50 12

50 15

Ilustración 27. Grafica de series de tiempo de corriente L1-L2-L3 [A]

Se puede considerar que la carga esta uniformemente balanceada debido a que no existe una notoria dispersión entre los datos de cada corriente de línea. De lo anterior se puede concluir: 1. Los conductores de fase se encuentran correctamente dimensionados a la carga instalada del transformador. 2. No existe dispersión notoria entre las diferentes fases del sistema, por lo tanto se puede considerar que no existe un desbalance de fases del sistema. 3. De acuerdo a la sección 220-22 de la NTC 2050 y a la norma AE279 Conductor de neutro de acometidas subterráneas de baja tensión de CODENSA, el conductor del neutro en cargas no lineales el conductor de neutro debe ser dimensionado con por lo menos el 173% de la

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

capacidad de corriente de las cargas no lineales de diseño de las fases para evitar sobrecargarlo. Como la corriente máxima demandada del sistema es de 588 A, y el neutro posee un haz de conductores de 3x400 kcm, THW, 75°C, que posee una capacidad de corriente de 335 A, cada conductor, que equivale a 1005 A. El 173% de la corriente demandada equivale a 1038. Se sugiere instalar un conductor adicional al neutro del mismo calibre de 400 kcm. 4.4 ANALISIS ESTADISTICO POTENCIAS 4.4.1 P OTENCIA A CTIVA E QUIVALENTE [ K W]

Tabla 12. Resumen Estadísticos Potencia Activa Eqv [KW

40

La potencia activa demandada por la red eléctrica del edificio de INVIAS asciende como máximo a 196 kW, que corresponde a 85% de la capacidad del transformador.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 28. Histograma (con curva normal) de Potencia Activa Eq [kW]

4.4.2 P OTENCIA R EACTIVA E QUIVALENTE [ K VAR]

Tabla 13. Resumen Estadísticos Potencia Reactiva Eqv [kVAR]

41

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

La energía reactiva capacitiva (condensadores de los equipos de cómputo) asciende a un máximo de 21 kVAR y la energía reactiva demandada asciende a un máximo de 42 kVAR. El máximo de potencia reactiva que puede suministrar el transformador es de 46 kVAR, esto en condiciones normales de funcionamiento. En la actualidad el tablero general de baja tensión posee un banco de condensadores, De dos pasos, uno fijo de cuatro condensadores de 4 kVAR y uno automático de tres condensadores de 4 kVAR cada uno.

42

Ilustración 29. Banco de condensadores

El banco existente cumple con los requerimientos de compensación ya que como se podrá observar más adelante, la corrección del factor de potencia es el óptimo, además el INVIAS no se encuentra pagando penalidad por reactivos. Aunque es recomendable realizar la instalación de un banco de condensadores automático, utilizando un controlador automático de factor de potencia.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

ILUSTRACIÓN 30. Histograma (con curva normal) de Potencia Reactiva Eqv [kVAR]

4.4.3 P OTENCIA A PARENTE E QUIVALENTE [ K VAR] TABLA 14. RESULTADOS ESTADISTICOS POTENCIA APARENTE EQV [KVA]

43

La potencia aparente necesaria para suplir las necesidades del edificio de INVIAS es de 200 kVA como máximo, cabe resaltar que el transformador instalado es de 400 kVA, lo cual supone una demandada máxima del 50% de carga del transformador. Aunque en general el transformador posee una carga

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

normal entre 50 y 150 kVA. La potencia aparente utilizada en la noche esta entre 40 y 50 kVA

44 Ilustración 31. Histograma (con curva normal) de Potencia Aparente Eqv [kVA]

Luego de observar los diferentes análisis estadísticos se puede considerar lo siguiente: a.

b. c. d.

La potencia aparente máxima importada del transformador es de 200 kVA, lo cual nos indica que el porcentaje de carga de transformador es del 50%. Por lo tanto se puede considerar que el transformador está funcionando en óptimas condiciones de cargabilidad. La potencia nominal de carga del transformador actualmente es de 100 kVA. Actualmente existe una disponibilidad de carga de aproximadamente de 200 kVA. El edificio en la actualidad no necesita realizar el montaje de banco de condensadores ya que hay un buen manejo de reactivos. Aunque se recomienda instalar un banco automático.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

4.5 ANALISIS ESTADISTICO FACTOR DE POTENCIA 4.5.1 F ACTOR DE P OTENCIA

TABLA 15. RESULTADOS ESTADISTICOS FACTOR DE POTENCIA

45

Como se puede observar el intervalo de confianza del factor de potencia está en 0.97 y la mediana en 0.98. Por lo anterior se puede asegurar que el factor de potencia está bien corregido con el banco de condensadores existente. Aunque existe una probabilidad alrededor del 7%, que no exista una corrección adecuada del factor de potencia, tal como se puede observar en la próxima gráfica. Por lo anterior se recomienda realizar un rediseño del banco de condensadores automático.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 32. Gráfica de probabilidad de Factor de Potencia Eqv

46

5. Sistema de puesta a tierra (SPT) Con el objetivo de establecer si el Sistema de Puesta a Tierra (SPT) cumple con lo estipulado en la tabla 25 del artículo 15.4 del RETIE, se realizó la medición del SPT utilizando un telurómetro marca ERASMUS ERT 100. El método utilizado para la medición se describe a continuación. 5.1 Medición del sistema de puesta a tierra existente 5.1.1 M ÉTODO DE CURVA DE CAÍDA DE POTENCIAL

Se basa en obtener una curva como la presentada en la ilustración 33. Si en una investigación de campo se clava el electrodo de corriente a una cierta distancia, de manera que se esté fuera de la zona de influencia de la puesta a tierra incógnita y luego se toman valores de resistencia de dicho montaje, variando la distancia del electrodo de tensión, se puede observar que existe una zona plana de potencial, equivalente a un valor constante de resistencia. Ese es, por tanto, el verdadero valor de la resistencia de la puesta a tierra.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Para que el método sea más simple se pueden hacer tres mediciones. Si se promedian las tres y el valor de cada una se encuentra dentro del error aceptable (por ejemplo 5%), comparándola con el promedio, entonces se puede dar este valor como “oficial”. Si se determina la mayor dimensión de la puesta a tierra, se puede decir que una distancia “lo suficientemente lejos” es cuando está entre cinco y diez veces dicha dimensión. Cuando se deduce la dimensión máxima de una puesta a tierra o se da un valor de profundidad o de extensión si fuera horizontal, se multiplica por cinco y allí se clava el electrodo de corriente, a una distancia conocida como C. Luego se realizan las tres mediciones, se verifica que el error esté por debajo de lo previsto y se determina que ese es el valor. Pero si los resultados no estuvieran dentro del error previsto se debe distanciar el electrodo de corriente mucho más, pues significa que no se está en la zona plana de potencial. Si las distancias no permiten extenderse más, es hora de aplicar otro método.

47

ILUSTRACIÓN 33. METODO DE LA CURVA DE CAIDA DE POTENCIAL

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

ILUSTRACIÓN 34. MEDICION DEL SPT

TABLA 16. RESULTADOS MEDICIONES MALLA SUBESTACION

Medición 1 2 3 Promedio

Valor (W ) 34.00 39.00 34.00 35.67

Error estándar de la media

1.36

El valor de la resistencia del SPT de la subestación es de 35,67 , el cual es aceptable ya que el error está por debajo del 5%.

48

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 35. Medición 1 SPT

49

Ilustración 36. Medición 2 SPT

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 37. Medición 3 SPT

50

Luego de realizada la medición se verifico que el SPT del edificio de ENVIAS “NO” está cumpliendo con los requisitos del artículo 15.4, TABLA 15.4. del RETIE.

Ilustración 38. Valores de referencia para resistencia de puesta a tierra. Fuente RETIE

De acuerdo a esta tabla el punto neutro de acometida de baja tensión deberá estar por debajo de 25 Ω. Actualmente está en 35.67Ω. Debido a lo anterior es

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

necesario y urgente realizar la construcción de un nuevo sistema de puesta a tierra que satisfaga las necesidades de despeje de fallas citadas en el artículo 15 del RETIE. 5.2 Diseño del sistema de puesta a tierra Para el cálculo del Sistema de Puesta a tierra se hace necesario conocer el valor de la resistividad del terreno en el sitio de la obra y de este modo efectuar un sistema de puesta a tierra que cumpla con las normas establecidas, y que permita un efectivo despeje de fallas. 5.2.1 E STUDIO DE R ESISTIVIDAD DEL T ERRENO 1.

Para este estudio se recurre a la norma IEEE 81 – 1983 –“Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System”, donde se describen en detalle una serie de técnicas o métodos de medición de resistividad del terreno. Para el desarrollo de las mediciones, se empleó el método de Wenner; Este se considera el más adecuado para el presente diseño. En este método, los electrodos están espaciados uniformemente. El equipo que se utilizó fue un 51 telurómetro ERASMUS ERT 100 de cuatro (4) terminales donde los dos electrodos de los extremos son los de inyección de la corriente de medida (I) y los dos centrales son los electrodos de medida del potencial.

ILUSTRACIÓN 39 . DIAGRAMA MÉTODO WENNER. FUENTE AEMC

En la práctica se puede admitir que la resistividad aparente es, básicamente, la de las capas comprendidas entre el nivel del suelo y la profundidad a la cual la densidad de la corriente se ha reducido a la mitad del valor en superficie, donde la profundidad de investigación es “0.10 m”. Para obtener la resistividad del terreno (ρ), se aplica la siguiente ecuación, que puede ser simplificada solo si la profundidad de enterramiento es 1/20 de la separación de los electrodos.

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

b

a 20

Donde, b = longitud electrodo (m) (0,10 m) a = Separación electrodos (3 m)



2 R 2 aR 1 1 1 1    a 2 a 2a a

Donde ρ es la resistividad aparente del terreno en Ω/m. En el área en la que se tiene previsto construir la malla de puesta a tierra, se realizaron una serie de mediciones, tomando dos medidas de manera perpendicular, con la misma distancia entre electrodos para luego promediarlas y de esta forma obtener un solo valor a una distancia de electrodos. 5.2.2

C ALCULO DE LA RESISTIVIDAD APARENTE DEL TERRENO POR B OX -C OX

EL MÉTODO DE

52

Se efectuaron seis juegos de mediciones, perpendiculares entre sí, teniendo como eje el mismo punto que se está evaluando, utilizando uno, dos y tres metros como distancias de separación entre electrodos. Se utiliza un método probabilístico box-cox en el cual, con los datos obtenidos en el campo y asumiendo suelo homogéneo se calcula un valor de resistividad con una probabilidad del 70% de no ser sobrepasado. Partiendo de los n datos de resistividad tomados en campo se aplican los siguientes procedimientos:

Se tabulan los datos de resistividad aparente. Se hallan los logaritmos naturales de cada una de las medidas Xi = ln (p) (4)

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Se halla el promedio de los logaritmos de las resistividades X prom = ∑▒X/n (5) Se calcula la desviación estándar S=√((∑▒(xi-x)^2 )/n) (6) De la distribución normal se toma Z para 70% = 0,524411 (7) Se halla la resistividad por la siguiente formula ρ = e^((S*Z+Xprom) ) (8) A continuación se podrá observar los datos obtenidos en campo y el cálculo de la resistividad aparente del terreno utilizando el método descrito anteriormente.

MEDIDA DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO LÍNEA BELALCÁZAR - LA VIRGINI ESTRUCTURA 1

LONGITUDINAL (4 m) TRANSVERSAL (6 m)

1

2

3

0.038 0.032

0.05 0.044

0.065 0.046

MEDIDA DE RESISTIVIDAD DEL TERRENO LÍNEA BELALCÁZAR - LA VIRGINIA 33 kV ESTRUCTURA 1

LONGITUDINAL (4 m) TRANSVERSAL (6 m)

1

2

3

4

1

0.038 0.032

0.05 0.044

0.065 0.046

0.068 0.07

38 32

Se obtiene como calor de resistividad del terreno R= 238.2 Ω

53 DISTANCIAS ENTRE PICAS [m] 2 50 44

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 40. Mediciones longitudinales

54

Ilustración 41. Medición longitudinal 1 m

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 42. Medición longitudinal 2 m

55

Ilustración 43. Medición longitudinal 3 m

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 44. Mediciones trasversales

56

Ilustración 45. Medición trasversal 1 m

Análisis de Calidad de Energía INVIAS

Ilustración 46. Medición trasversal 2 m

57

Ilustración 47. Medición trasversal 3 m

Análisis de Calidad de Energía INVIAS 5.2.3

DISEÑO DEL SPT

Con este valor se procede a realizar el cálculo del SPT, el cual se presenta a continuación: CÁLCULO DE MALLA DE PUESTA A TIERRA Malla de Puesta a Tierra rectangular o cuadráda A x B mts, electrodos en esquinas de 5/8" x 2,40 mts y Cable de Cobre desnudo. Resistividad del terreno igual a resistividad superficial del terreno. NOTA : No rellene las celdas resaltadas. Resistividad del terreno (Ω/m) Corriente de falla (kA) Tiempo de despeje de falla (ms)

ρ = If = t =

Calibre del conductor Nº AWG Diámetro del conductor de Malla de PT (mts) Longitud de la Malla (mts) Ancho de la Malla (mts) Espaciamiento entre conductores (mts) Número de conductores de longitud A Número de conductores de longitud B Longitud total del conductor de la Malla (mts) Profundidad de la Malla (mts)

Nº d A B D n m Lc h

= = = = = = = = =

238,2 25 100

Circuito o Nodo: Corrientes de Falla: Monofásica (esta es la más probable) Bifásica Trifásica

kA 25 0 -

2/0 0,01063 12 6 5 2 3 42 0,5

Cálculo de Tensiones de paso y contacto máximas permitidas por cuerpo humano (personas de 50 kg): Resistencia promedio del cuerpo humano (Ω) Factor de reducción (resistividades iguales)

RH = C =

1000 1

Tensión máxima de contacto Tensión máxima de paso

Et Es

= =

497,89 V 891,09 V

Tensión máxima de contacto Tensión máxima de paso

Et Es

= =

673,87 V 1206,04 V

Resistencia de PT de un conductor Resistencia de interferencias mutuas

Rs RA

= =

30,57 Ω 4,61 Ω

Resistencia total de un conductor Resis. De n conductores de long. A

RC RC n

= =

35,18 Ω 17,59 Ω

Cálculo de Tensiones de paso y contacto máximas permitidas por cuerpo humano (personas de 70 kg): Resistencia promedio del cuerpo humano (Ω) Factor de reducción (resistividades iguales)

RH = C =

1000 1

r = E = F =

0,005315 5,00 1,00

Cálculo de la resistencia de la Malla: Rádio del conductor de la Malla (mts) Espaciamiento entre conductores = F x D Factor de espaciamiento

Se repite el procedimiento anterior para determinar la resistencia de los conductores transversales de unión de longitud B Rádio del conductor de la Malla (mts) Espaciamiento entre conductores = F x D Factor de espaciamiento

r = E = F =

0,005315 5,00 1,00

Resistencia de PT de un conductor Resistencia de interferencias mutuas Resis. Mutua de component. de unión

RS U RAU RAM

= = =

52,86 Ω 5,95 Ω 16,51 Ω

Resistencia total de un conductor Resis. De n conductores de long. B

RCU RC m

= =

69,38 Ω 23,13 Ω

R

=

9,99 Ω

Resist. Total de la Malla de PT

58

Análisis de Calidad de Energía INVIAS Cálculo de Tensiones de paso y contacto reales: Longitud para mallas con varillas perimetrales Longitud de varillas periféricas Corriente máxima disipada por la Malla Fracción de corriente de falla que disipa la Malla, considerando que el resto se disipará en mallas vecinas. Factor de decremento o corrección I simétrica Factor de proyección, futuras ampliaciones Coeficiente de irregularidad del terreno. Para mallas rectangulares con retículas cuadrádas Coeficiente de contacto. Para mallas entre 0,25 y 2,5 mts Coeficiente de contacto Kii elegido Para mallas con varillas a lo largo del perímetro o con varillas en las esquinas y toda el área de la malla Para mallas sin varillas o pocas y ninguna en las esquinas

L = Lr = Ig =

45,6 2,40 25

Sf =

1

Df = Cp = Ki =

1 1 1,0773

N =

2,45

Ks =

0,4228

Km = Kii =

0,6286 1

Kii a =

1

Kii b =

0,2732

Kh = ho =

1,2247 1

Tensión de contacto real Tensión de paso real

Et re al = Es re al =

88,44 V 59,48 V

Cálculo de elevación potencial de Tierra GPR: GPR

=

249,75

Verificación del Diseño de la Malla de Puesta a Tierra: Un diseño final de una Malla de Puesta a Tierra satisfactorio, será el que cumpla con las condiciones que se enuncian mas abajo. En caso de no ser así, se recomienda rediseñarla aumentando varillas, incrementando su longitud y/o aumentando el calibre de los conductores que componen la Malla de Puesta a Tierra. VALORES MÁXIMOS DE Et PERMITIDO POR RETIE (V):

320

GPR 249,75