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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERIA ELECTROMECÁNICA

ACCIONAMIENTOS ELECTRICOS TEMA: CORRIENTE DE NEUTRO EN SISTEMAS NO LINEALES MONOFASICO Y TRIFASICO AUTORES: PILLAJO CRISTHIAN DAVID GANCHALA ANA ALDAS EDUARDO CRUZ JEFFERSON GUEVARA BYRON INSTRUCTOR: ING. MARIO JIMENEZ

LATACUNGA 2019

TEMA: Corriente de neutro en sistemas no lineales.

1. OBJETIVOS: 

Medir la corriente en el neutro de carga trifásica no lineal.



Determinar la corriente RMS total que pasa por la el foco led de 10W



Analizar los resultados obtenidos de los diversos parámetros dentro de las mediciones realizadas con el uso del analizador de calidad de energía eléctrica.



FUNDAMENTO TEÓRICO



INTRODUCIÓN Es un problema frecuente que los sistemas de distribución de baja tensión

presenten intensidades de corrientes elevadas sobre los conductores de neutro. Niveles en el neutro del 20% con cargas razonablemente balanceadas y de muy bajo contenido armonio son generalmente esperables. Sin embargo, es frecuente que los conductores de neutro queden sometidos a corrientes incluso superiores a las fases activas. Estudios estadísticos de los años 90 ya indicaban que un alto porcentaje de los centros de cómputo (cargas por lo general fuertemente alimentadas) presentaban corrientes de neutro mayores a la nominales de las fases activas. 

CORRIENTE DE NEUTRO

Conversores AC/AC: Si un tiristor conmutador se conecta entre la alimentación de CA y la carga, es posible controlar el flujo de potencia variando el valor RMS del voltaje de CA aplicado a la carga; este tipo de circuito de potencia se conoce como un controlador de voltaje de CA. Las aplicaciones más comunes de los controladores de voltaje de CA son: calefacción industrial, de derivaciones de transformadores cambio con carga, control de luces, control de la velocidad de motores de inducción polifásicos y control de los electromagnetos de CA. Para la transferencia de potencia, normalmente se utilizan dos tipos de control 1. Control de abrir y cerrar 2. Control de ángulo de fase En el control de abrir y cerrar, los tiristores conectan la carga a la fuente de CA durante unos cuantos ciclos de voltaje de entrada y a continuación la desconectan

por unos cuantos ciclos más. En el control de ángulo fase, los tiristores conectan la carga a la fuente de CA durante una porción de cada uno de los ciclos de voltaje de entrada. Los controladores de voltaje de CA se pueden clasificar en dos tipos: (1) controladores monofásicos (2) controladores trifásicos. Cada uno de estos tipos se puede subdividir en (a) unidireccional o control de media onda (b) bidireccional o control de onda completa. : [1] Existen varias configuraciones de controladores trifásicos, dependiendo de las conexiones de los tiristores. Dado que el voltaje de entrada es de CA, los tiristores son conmutados por línea; normalmente se utilizan tiristores de control de fase, relativamente poco costosos y más lentos que los tiristores de conmutación rápida. Dado que la conmutación es por línea o natural, no hay necesidad de circuitería adicional de conmutación, por lo que los circuitos para los controladores de voltaje de CA son muy sencillos. Dada la naturaleza de las formas de onda de salida, no resulta sencilla la deducción explícita de los parámetros de rendimiento de estos circuitos, especialmente en el caso de los convertidores controlados por ángulo de fase con cargas RL. En aras de la simplicidad en este capítulo se presentan las cargas resistivas, para comparar los rendimientos de varias configuraciones. Sin embargo, las cargas reales son de tipo RL y en el diseño y el análisis de los controladores de voltaje de CA deberá considerarse. [A] Dimmer: Un dimmer, regulador, atenuador o dímer sirve para regular la energía en uno o varios focos, con el fin de variar la intensidad de la luz que emiten (siempre y cuando las propiedades de la lámpara lo permitan). Actualmente los circuitos más empleados incluyen la función de encendido al "paso por cero" de la tensión. La disminución del valor eficaz en la bombilla se logra recortando la señal en el momento de subida en el punto que se elija (si cortamos la señal cuando la onda llega a 60 V p.e. se encenderá muy poco, mientras que si la cortamos al llegar a 200 V se encenderá casi al máximo). : [B] Corrientes del neutro en cargas no lineales: A menudo, los edificios comerciales y de oficinas grandes se alimentan por una fuente trifásica principal. Sin embargo, la distribución interna de tensión y la carga

son sobre todo monofásicas, entre uno de los tres voltajes de línea y el neutro; se intenta cargar las tres fases en forma igual. En caso de cargas lineales, si las tres fases están idénticamente cargadas, la corriente neutra in será cero. Si se considera la fase a, se puede escribir ia en términos de sus armónicos fundamentales e impares (los armónicos pares son cero) cuyos valores de RMS Is1 e Ish sean los mismos en las tres fases. A partir de un suministro de electricidad trifásico principal equilibrado y cargas idénticas, las corrientes en las fases b y c se mueven 120° y 240°, respectivamente, en la frecuencia de línea fundamental. Estas corrientes de fase se suman en un hilo neutro: 𝑖𝑛 = 𝑖𝑎 + 𝑖𝑏 + 𝑖𝑐 Todos los armónicos no triples y los componentes de frecuencia fundamental suman cero. Los armónicos triples suman tres veces sus valores individuales. El tercer armónico domina a todos los demás componentes armónicos. Por ende: 𝐼𝑛 ≅ 3𝐼𝑠3 lo que significa que el valor RMS de la corriente neutra es aproximadamente tres veces la corriente RMS de armónicos terceros en los conductores de línea. Como la corriente de línea de armónicos terceros puede ser un porcentaje significativo de la corriente de frecuencia fundamental, la corriente de hilo neutro puede ser muy grande. De hecho, si las corrientes de línea son muy discontinuas, la corriente neutra puede tener hasta: 𝐼𝑛 ≅ √3𝐼𝑙í𝑛𝑒𝑎 [C]

Figura 1: Alimentación trifásica a 4 hilos

Es esperable entonces que, en sistemas lineales de carga, el rango de corriente de neutro no supere el 100% de la corriente de fase en el caso más extremo. En cambio, en cargas trifásicas y monofásicas no lineales provocan corrientes adicionales por el neutro hasta un 170% de la corriente nominal de fase, y en caso de tener una fase fuera de servicio, hasta 140% de la nominal de fase.

1.1. ANALIZADOR DE CALIDAD DE ENERGÍA Un analizador de calidad de energía debe monitorear los voltajes y corrientes de cada fase. Puede monitorear también los voltajes y corrientes de la línea neutral si se sospecha de cargas o armónicas no balanceadas. Un sistema básico de medición de energía monitoreara el factor de potencias. El monitoreo de calidad de energía y medición de energía permite a las plantas a realizar mantenimiento predictivo, manejo de energía, manejo de costos y control de calidad.[2] 2. EQUIPOS Y MATERIALES EQUIPOS Y MATERIALES

Módulo de fuente de alimentación.

Módulo de transformador trifásico.

Analizador de calidad de energía eléctrica.

DESCRIPCIÓN GRÁFICA

Módulo de medición de corriente eléctrica c-a 0-0,5 [A].

Foco led

Conversor electrónico AC/DC trifásico.

Carga resistiva.

Cables de conexión.

3. PROCEDIMIENTO 3.1. Leer el manual del usuario de los analizadores de calidad de energía: Fluke 434.

3.2. Conectar la carga balanceada no lineal como muestra el circuito de la figura siguiente. Donde R1=R2=R3=R=170 Ω; Vlínea=220V. Conectar cada dimmer y amperímetro en serie con las resistencias, así como un amperímetro de c.a. entre la línea neutro y el punto común de conexión de las resistencias.

3.3 Ajustar los dimmers a un ángulo de disparo tal que las corrientes que pasen por los amperímetros A1, A2, A3 sean de 0.5 A cada una. Medir y anotar la intensidad Irms que pasa por el amperímetro A4 In= 0.8 A

3.4. Conectar el medidor de calidad de energía eléctrica. Enchufar los plugs de voltaje a cada una de las tres líneas en la entrada del circuito y enganchar las pinzas amperimétricas a sendas líneas respetando el color negro, rojo azul y blanco.

3.5 Observar los datos recolectados por el analizador. Para el circuito monofásico se adoptará el siguiente procedimiento 3.6 Tener armado el circuito correspondiente en la mesa de trabajo con el foco led de 10W 3.7 Conectar el analizador de calidad de energía para un circuito monofásico. 3.8 Observar los datos recolectados por el analizador. 4. DATOS MEDIDOS Tabla 1: Corrientes de línea

CORRIENTES 𝒊𝑨 𝒊𝑩 𝒊𝑪 𝒊𝑵

[A] 0,5 0,5 0,5 0,7

Formas de onda

Tabla 2: Corrientes de los armónicos

n 1 3 5 7 9

(

𝑰𝒏𝒓𝒎𝒔 ) ∗ 𝟏𝟎𝟎% 𝑰𝒓𝒎𝒔 100 55,8 17,1 19,9 10,8

Para el circuito monofásico.

Forma de onda

5. ANALISIS DE RESULTADOS 

Lo ideal que se desea para un sistema balanceado es que la corriente que circula por el neutro sea cero, pero mediante el analizador de calidad de energía eléctrica se puede constatar que en el ámbito real este criterio no es cien por ciento correcto, que existe una pequeña corriente en el orden de los miliamperios en la práctica realizada en un sistema controlado.

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Los armónicos que afectan al neutro son de tercer orden o los múltiplos de tres, ya que se suman y generan una corriente en el conductor que en algunos casos puede sobrepasar el 100% de la corriente soportada, es por ello que la selección de este conductor es de suma importancia además de un análisis de las cargas que se conectan.

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Con la utilización de conversores AC/AC (dimers) se puede comprobar que se genera fluctuaciones en la onda de la corriente esto nos indica una inyección de armónicos hacia la línea.

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Se puede comprobar que el efecto de la corriente en el neutro es la generación de la tensión neutro-tierra, la cual es una forma de ruido en modo común, que depende de la corriente que circula por el conductor de neutro y de la impedancia de dicho conductor.

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A través del analizador de calidad de energía se determinó un THD de 0.065 del 6.5% siendo muy aceptable debido que no es un valor alto.

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La corriente en el armónico fundamental es 0.4 A la cual representa el 100% de la corriente del neutro mientras que las amplitudes de la corriente van disminuyendo a medida que aumenta el número de armónicos.

6. CONCLUSIONES: 

La medición del neutro es mayor que en la carga trifásica no lineal y se ha podido ver los desfasajes o diferencias que se tiene en comparación con cada una de las fases medidas mediante el analizador y los instrumentos de medición (Amperímetros).

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Mediante el analizador y se ha podido visualizar las corrientes armónicas que se tienen en el circuito, también el analizador nos da la opción de visualizar el desfase que existe entre en el voltaje y corriente, de igual forma se puede visualizar la tabla representativa de armónicos.

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Con el analizador se puede obtener datos más precisos y reales y esto es de mucha ayuda, en la visualización del THD nos da una idea más clara de cómo está trabajando el circuito.

7. RECOMENDACIONES 

Tener el esquema de conexión claro para realizar la practica

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Tener cuidado con los cables en el armado del circuito

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No desconectar el analizador en una línea, ya que esto influye en el balance del sistema que está realizando la medición el analizador

8. BIBLIOGRAFÍA [1] Apuntes de Electrónica de Potencia, Espe-L [2] Manual Fluke serie 43x. 9. WEBGRAFÍA [A] http://ocw.unican.es/ensenanzastecnicas/maquinaselectricas/materiales/conve rtidores.pdf [B] http://www.academia.edu/9163257/Electr%C3%B3nica_de_potencia._Conve rtidores_aplicaciones_y_dise%C3%B1o [C] http://www.fluke.com/fluke/eces/medidores-de-calidad-de-laenergiaelectrica/logging-power-meters/fluke-435-series-ii.htm?pid=73939