IMPLEMENTACI ON DEL PROTOTIPO DE UN M´ ODULO PARA EL ...

IMPLEMENTACION DEL PROTOTIPO DE UN MODULO PARA ELREGISTRO DE HUNDIMIENTOS DE TENSION PRESENTES EN REDES

DE BAJA TENSION.

ERICK SANTIAGO GOMEZ OVIEDOCodigo: 20102007053

GERMAN ALBERTO PARDO JIMENEZCodigo: 20102007048

PROYECTO DE GRADO

DIRECTORI.E., M.Sc, Ph.D FRANCISCO SANTAMARIA PIEDRAHITA

CODIRECTORI.E., M.Sc, Ph.D CESAR LEONARDO TRUJILLO RODRIGUEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD DE INGENIERIA

PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA ELECTRICAOCTUBRE DE 2017

Resumen

El objetivo principal de este proyecto es implementar el prototipo de un moduloque permita registrar los parametros de hundimientos de tension que se presentenen redes de baja tension.

Para llevar a cabo el objetivo principal, se sigue una metodologıa en la que serealiza una revision de las normas tecnicas relacionadas con calidad de energıa enColombia, con el objetivo de establecer los rangos y parametros a medir de loshundimientos de tension. Adicionalmente, se hace la seleccion del algoritmo quese utilizara para su deteccion, se disenan las etapas de acondicionamiento, adqui-sicion y procesamiento de datos, con el fin de extraer la informacion requerida deesta perturbacion.

Como resultado del analisis de las normas tecnicas, se concluye que es necesarioobtener la magnitud y duracion de los hundimientos de tension que se presenten,ademas de darles una marca temporal, esto con el fin de brindar la informacionnecesaria para una posterior evaluacion de calidad de energıa.

Se selecciona el verdadero valor eficaz como el algoritmo para obtener el valoreficaz de los hundimientos de tension y se disena un acondicionamiento que brindala senal adecuada para la ejecucion del algoritmo, ademas se implementan etapasde almacenamiento, reloj de tiempo real y comunicaciones.

Posteriormente, se verifica el funcionamiento del prototipo comparando los da-tos obtenidos con los de un equipo que cumple la misma funcion.

Como resultado, se obtiene un modulo capaz de registrar hundimientos detension en redes de baja tension, para sistemas monofasicos y trifasicos de treso cuatro hilos. El dispositivo es capaz de obtener la magnitud y duracion de unhundimiento de tension, darle una marca temporal, almacenar la informacion yenviarla a otro dispositivo utilizando la interfaz UART.

iii

Indice general

Resumen III

1. Introduccion 11.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.2. Objetivos especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Marco referencial 52.1. Hundimientos de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2. Caracterizacion de hundimientos de tension . . . . . . . . . . . . 7

2.2.1. Segun el perfil de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.2. Salto de angulo de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.3. Punto de inicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.4. Punto de recuperacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.5. Tension de pre-falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.6. Segun su duracion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3. Trabajos y publicaciones relacionados con el monitoreo de parame-tros de calidad de energıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3.1. Proyectos de investigacion realizados en la

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas . . . . . . . 122.4. Patentes relacionadas con el desarrollo de equipos de medicion de

parametroselectricos en Colombia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5. Normas y estandares referentes ahundimientos de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.6. Analizadores de calidad de energıadisponibles en el mercado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3. Metodologıa para determinar los parametros de medida y regis-tro 193.1. Diseno basico de un sistema de monitoreo [45] . . . . . . . . . . . 193.2. Parametros de medida y registro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.3. Normas tecnicas relacionadas con calidad de energıa . . . . . . . . 21

v

3.4. Aspectos mas relevantes de las normas tecnicas para el monitoreode hundimientos de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.5. Conclusiones del capıtulo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4. Seleccion e implementacion del algoritmo para la deteccion dehundimientos de tension 27

4.1. Valor pico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.2. Respuesta promedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.3. Verdadero valor eficaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.4. Comparacion de los distintos metodos para obtener el valor eficazde una senal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.5. Duracion del hundimiento de tension . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.6. Implementacion del algoritmo para ladeteccion y registro de hundimientos detension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.7. Envıo de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33


5. Desarrollo del hardware 35

5.1. Acondicionamiento de la senal de tension . . . . . . . . . . . . . . 35

5.1.1. Rangos de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.1.2. Rectificacion de la senal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.2. Reloj de tiempo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.3. Almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5.4. Dispositivo de adquisicion y procesamiento de datos . . . . . . . . 40

5.5. Referencia del conversor analogo-digital . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.6. Diseno del PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.6.1. Capacitores de desacoplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.6.2. Plano de tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.6.3. Disposicion de componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.7. Disposicion final y costo de fabricacion . . . . . . . . . . . . . . . 45


6. Pruebas y presentacion de informes 49

6.1. Generacion de hundimientos de tension . . . . . . . . . . . . . . . 49

6.2. Disposicion de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6.3. Pruebas de duracion de hundimientos . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.4. Prueba de magnitud de hundimientos . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.5. Prueba de deteccion de fase en que ocurren los hundimientos . . . 53

6.6. Presentacion de informes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.7. Diagrama de densidad de hundimientos . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.8. Diagrama de hundimientos acumulados . . . . . . . . . . . . . . . 56

vi

6.9. Carta de hundimientos - Cuadro de coordinacion de hundimientos- Diagrama de contornos ISOSAGS acumulados . . . . . . . . . . 58

6.10. Conclusiones capıtulo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

7. Conclusiones y recomendaciones para trabajos futuros 617.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617.2. Recomendaciones para trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . 62

Referencias 67

Anexos 69

A. Caracterısticas del PQA824 de HT 71

B. Artıculos derivados del proyecto de grado 75B.1. Conferencias internacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

C. Diagrama esquematico del modulo 77

vii

Indice de figuras

2.1. Caracterısticas de un hundimiento de tension [17] . . . . . . . . . 62.2. Publicaciones que involucran el termino “Power Quality” en la base

de datos IEEE Xplore Digital Library, entre los anos 1990 y 2016 62.3. Publicaciones que involucran el termino “Voltage Sag” en la base

de datos IEEE Xplore Digital Library, entre los anos 1990 y 2016 72.4. Clasificacion de hundimientos de tension de acuerdo a su perfil de

tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.5. Salto de angulo de fase de +45 [19] . . . . . . . . . . . . . . . . 92.6. Clasificacion de los hundimientos de tension de acuerdo a su dura-

cion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7. Trabajos de investigacion relacionados con el monitoreo de parame-

tros de calidad de energıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.8. Normas y estandares relacionados con hundimientos de tension . 15

3.1. Proceso para convertir datos en conocimiento [45] . . . . . . . . . 203.2. Metodologıa llevada a cabo para la seleccion de parametros de me-

dida y registro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.3. Mapa conceptual NTC 5001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.4. Mapa conceptual NTC 1340 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.5. Mapa conceptual NTC-IEC 61000-4-30 . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.1. Esquema basico para la obtencion del valor eficaz de la tension [22] 274.2. Obtencion de la tension eficaz con actualizaciones cada perıodo . 294.3. Obtencion de la tension eficaz con actualizaciones cada medio perıodo

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.4. Esquema general del algoritmo implementado para la deteccion y

registro de hundimientos de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.5. Ejemplo de la cadena de caracteres enviada . . . . . . . . . . . . 33

5.1. Amplificador de instrumentacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365.2. Senal de entrada (azul) y salida (rojo) del amplificador de instru-

mentacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375.3. Rectificador de precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385.4. Senal de entrada (azul) y salida (rojo) del rectificador . . . . . . 39

ix

5.5. Esquema de conexiones del reloj de tiempo real . . . . . . . . . . 405.6. Esquema de conexiones de la memoria EEPROM . . . . . . . . . 405.7. Perifericos utilizados del microcontrolador . . . . . . . . . . . . . 425.8. Esquema de conexiones de la referencia de tension . . . . . . . . 435.9. Disposicion de los capacitores de desacoplo en el PCB . . . . . . 445.10. Plano de tierra del PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.11. Distribucion de componentes en el PCB . . . . . . . . . . . . . . 455.12. Esquema general del modulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.13. Disposicion final del modulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6.1. Generador de hundimientos de tension . . . . . . . . . . . . . . . 506.2. Generador de hundimientos de tension (caso trifasico) . . . . . . . 506.3. Montaje realizado para las pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.4. Montaje realizado para las pruebas (caso trifasico) . . . . . . . . . 526.5. Diagrama de densidad de hundimientos . . . . . . . . . . . . . . 566.6. Diagrama de hundimientos acumulados . . . . . . . . . . . . . . 576.7. Carta de hundimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596.8. Superposicion de la carta de hundimientos con curva de sensibilidad 59

x

Indice de tablas

2.1. Valores de magnitud y duracion de hundimientos de tension endistintas publicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2. Analizadores de calidad de energıa que se pueden encontrar en elmercado (parte 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3. Analizadores de calidad de energıa que se pueden encontrar en elmercado (parte 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1. Clasificacion, denominacion y valores de la tension nominal de acuer-do a la NTC 1340 [46] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2. Cuadro comparativo de las clases de medida de los estandares NTC-IEC 61000-4-30 y NTC 5001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.3. Equivalencia de clases de los estandares NTC-IEC 61000-40-30 yNTC 5001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.1. Calculo del valor eficaz para distintas formas de onda [49,50] . . . 29

4.2. Descripcion de los elementos de la cadena de caracteres . . . . . 33

5.1. Parametros del divisor de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.2. Valores obtenidos de resistencia de ganancia . . . . . . . . . . . . 37

5.3. Criterios de seleccion para el dispositivo encargado de obener elvalor eficaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.4. Costo total de fabricacion del modulo . . . . . . . . . . . . . . . 46

6.1. Resultados pruebas de duracion de hundimientos . . . . . . . . . 52

6.2. Resultados de las pruebas de magnitud de hundimientos . . . . . 53

6.3. Resultados prueba de deteccion de fase . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.4. Hundimientos de tension registrados . . . . . . . . . . . . . . . . 55

6.5. Tabla de densidad de hundimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

6.6. Tabla de hundimientos acumulados . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

A.1. Tension TRMS CA/CC Fase-Neutro/ Fase-Tierra - Sistema Mo-nofasico/Trifasico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

A.2. Tension TRMS CA/CC Fase-Fase – Sistema Trifasico . . . . . . . 72

xi

A.3. Anomalıas de Tension – Fase-Neutro – Sistema Monofasico/Trifasi-co con Neutro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

A.4. Anomalıas de Tension – Fase-Fase – Sistema Trifasico sin Neutro . 72A.5. Spike de Tension – Fase-Tierra – Sistema Monofasico y Trifasico . 73

xii

Capıtulo 1

Introduccion

Los resultados de este proyecto de grado forman parte del proyecto de investigacion “Desarrollo de un sistemade medicion avanzado para registro de parametros electricos de estado estable y de calidad de energıa en redesde tension menor a 1 kV” financiado por el Fondo Nacional para la financiacion de la ciencia, la tecnologıa yla innovacion “Fondo Francisco Jose de Caldas” del Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnologıa eInnovacion - COLCIENCIAS (Contrato: FP44842 - 321 2015), desarrollado por los grupos de investigacionGCEM, LIFAE y GITUD, de la Facultad de Ingenierıa de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas.

Las empresas prestadoras del servicio de energıa electrica deben cumplir conrequisitos tecnicos y comerciales para entregar o recibir energıa de tal forma quese satisfagan las necesidades de los usuarios, permitiendo el adecuado desarrollode sus actividades asociadas al sistema electrico. La evaluacion de estos requisitoscon respecto a un conjunto de parametros de referencia es lo que se conoce como“calidad de energıa electrica”.

Sin embargo, la introduccion de equipos electronicos a la red electrica, los cua-les pueden causar perturbaciones electromagneticas y ademas pueden ser sensiblesa estas, impide el desarrollo adecuado de los distintos procesos desarrollados porlos usuarios del sistema electrico.

Para mantener el suministro de energıa electrica bajo los parametros de ca-lidad que establece la reglamentacion colombiana y contribuir al funcionamientoseguro de los elementos constitutivos de la red electrica, es importante el monito-reo de parametros electricos.

El monitoreo de la calidad de energıa de un sistema electrico, permite realizarlas siguientes actividades [1]:

Realizar mantenimiento preventivo y predictivo.

Determinar la necesidad de equipos para la mitigacion de fenomenos elec-tromagneticos que puedan deteriorar la calidad de la energıa electrica.

Garantizar un buen rendimiento de los equipos.

1

Realizar una evaluacion de sensibilidad de distintos equipos ante perturba-ciones.

Identificar problemas de calidad de energıa y minimizar las perdidas en laproductividad.

En la actualidad se cuenta con dispositivos analizadores de calidad de energıa.Sin embargo, su alto costo, tanto de mercado como de funcionamiento, limita suuso.

Como solucion a este problema, el grupo de investigacion GCEM (Grupo deCompatibilidad e Interferencia Electromagnetica), en asociacion con el LIFAE(Laboratorio de Investigacion de Fuentes Alternativas de Energıa), se proponen arealizar el proyecto “Desarrollo de un sistema de medicion avanzado para registrode parametros electricos de estado estable y de calidad de energıa en redes detension menor a 1 kV”.

Dentro de los problemas de calidad de energıa, los hundimientos de tension(dips o sags) son los causantes de mayores problemas para los clientes industria-les [2–11] quienes utilizan equipos de control electronico para la automatizacion desus procesos, los cuales son bastante sensibles a los hundimientos de tension y alverse afectados pueden funcionar de manera no deseada causando la interrupcionde un proceso de produccion con considerables perdidas economicas.

Con el fin de reducir los efectos negativos de los hundimientos de tension, es ne-cesario conocer como y porque ocurren, ademas de ser capaz de caracterizarlos [2].

Por esta razon, dentro de los objetivos del proyecto, se contempla que el sis-tema debe ser capaz de registrar hundimientos de tension y surge la necesidadde implementar un modulo que realice esta tarea, dando al proyecto “Implemen-tacion del prototipo de un modulo para el registro de hundimientos de tensionpresentes en redes de baja tension” la necesidad de cumplir este objetivo.

Para la implementacion de este modulo, se realiza una revision de normastecnicas nacionales e internacionales relacionadas con calidad de energıa, ademasde bibliografıa especializada en el tema, con el fin de determinar que parametrosde los hundimientos de tension son adecuados obtener, posteriormente a partir dela informacion obtenida de la revision bibliografica, se seleccionan los elementosmas adecuados para el desarrollo del proyecto en cuanto a la adquisicion de datos,procesamiento y comunicaciones.

Una vez elegidos los elementos que hacen parte del hardware del proyecto, seimplementan prototipos con el fin de realizar pruebas de funcionamiento y cali-

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bracion, para posteriormente elegir el que mas se acomode a los requerimientosdel proyecto.

Finalmente, se selecciona el prototipo mas adecuado y se realiza la verificacionde su correcto funcionamiento, tomando como referencia elementos de medida quecumplan con la misma funcion.

1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo general

Implementar el prototipo de un modulo que permita registrar los parametrosde hundimientos de tension que se presenten en redes de baja tension.

1.1.2. Objetivos especıficos

Establecer los rangos y parametros a medir de los hundimientos de tensionde acuerdo a lo establecido en la normatividad nacional.

Desarrollar un modulo de adquisicion de datos, teniendo en cuenta las ten-dencias tecnologicas en el desarrollo de instrumentos de medicion electrica.

Extraer la informacion requerida de los hundimientos de tension medianteun sistema de procesamiento de datos y de comunicaciones.

Verificar el funcionamiento del prototipo, comparando los datos obtenidoscon los de un equipo que cumpla la misma funcion.

3

Capıtulo 2

Marco referencial

2.1. Hundimientos de tension

Un hundimiento de tension es una disminucion subita, de corta duracion, delvalor eficaz de la tension, por debajo de un umbral especificado. Dentro de laliteratura, las caracterısticas que debe tener una variacion de tension, para serclasificada como un hundimiento de tension, varıan de acuerdo al autor. Algunosejemplos son presentados en la Tabla 2.1. Las caracterısticas presentadas en laTabla 2.1, son mostradas en la Figura 2.1.

Referencia Magnitud Duracion Mınima Duracion MaximaDugan et al. [12] - 0,5 ciclos 30 ciclos

Baggini [13] - 10 ms -Bollen y Gu [14] - - 1 sIEEE 1346 [15] 10% - 90% Un* 0,5 ciclos 1 min

IEC 61000-4-30 [16] Los umbrales son objeto de contratoNTC 5001 [17] 10% - 90% Un 0,5 ciclos 1 min

*Un = Tension nominal

Tabla 2.1: Valores de magnitud y duracion de hundimientos de tension endistintas publicaciones

Debido al impacto de los huecos de tension en las cargas industriales, los costosproducidos por danos, gastos de mantenimiento y por su elevada frecuencia deaparicion, se ha prestado especial atencion en el estudio de esta perturbacion[8] y en la elaboracion de normatividad con criterios de calidad energıa, lımitespermitidos de cada tipo de perturbacion y metodologıa de evaluacion de estos.

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Figura 2.1: Caracterısticas de un hundimiento de tension [17]

En la Figura 2.2 se presenta el numero de publicaciones en conferencias queinvolucran el termino “Power Quality” y que se encuentran en la base de datosIEEE Xplore Digital Library, entre los anos 1990 y 2016. En la Figura 2.3 se mues-tra el numero de publicaciones en conferencias que involucran el termino “VoltageSag” y que se encuentran en la base de datos IEEE Xplore Digital Library, entrelos anos 1990 y 2016. En estas figuras se puede apreciar el creciente interes en elestudio de la calidad de energıa y en perturbaciones como los hundimientos detension.

Figura 2.2: Publicaciones que involucran el termino “Power Quality” en la basede datos IEEE Xplore Digital Library, entre los anos 1990 y 2016

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Figura 2.3: Publicaciones que involucran el termino “Voltage Sag” en la base dedatos IEEE Xplore Digital Library, entre los anos 1990 y 2016

2.2. Caracterizacion de hundimientos de tension

Un hundimiento de tension puede ser caracterizado de acuerdo a su magnitudy duracion. Sin embargo, estos dos descriptores no caracterizan completamenteun hundimiento. Por esta razon, existen otros descriptores que caracterizan unhundimiento de tension, en esta seccion se presentan algunos de ellos.

2.2.1. Segun el perfil de tension

De acuerdo al perfil de tension los hundimientos pueden ser clasificados comorectangulares y no rectangulares, como se muestra en la Figura 2.4.

Los hundimientos de tension rectangulares se caracterizan por ser caıdas detension que presentan un perfil de tension de forma rectangular. Generalmente,este tipo de hundimiento se da cuando el aumento de la corriente que circula porun sistema electrico de potencia en el momento de una falla hace que la caıda detension a traves de los elementos que componen el circuito aumente, provocandoseası subtensiones en diferentes puntos del sistema con una duracion igual al tiempoque esta sometido el sistema a la corriente de falla [18]. Estos se pueden subdividiren [8]:

Hundimiento de tension monoestado.

Hundimiento de tension multiestado.

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Figura 2.4: Clasificacion de hundimientos de tension de acuerdo a su perfil detension

Los hundimientos de tension de tension no rectangulares se deben a causas co-mo: arranques de motores de induccion, fallas en un sistema electrico de potencia(SEP) con cargas rotativas y energizacion de transformadores.

Una caracterıstica importante de los huecos de tension originados por la ener-gizacion de transformadores es el desbalance que se presenta entre las tensionesde fase y el contenido significativo de armonicos de corriente inyectados por eltransformador. Esto resulta importante para distinguir entre huecos de tensionoriginados por la energizacion de transformadores y huecos de tension por elarranque de motores de induccion ya que estos ultimos, aunque presentan unarecuperacion tipo exponencial, no inyectan armonicos a la red [8].

2.2.2. Salto de angulo de fase

Un cortocircuito en el sistema de potencia no solo causa una caıda en la mag-nitud de la tension, tambien causa un cambio en su angulo de fase [19]. El saltode angulo de fase es la diferencia entre el angulo de fase de la tension durante unevento (hundimiento de tension) y el angulo de fase de la tension antes del evento.En la Figura 2.5 se evidencia el salto de angulo de fase de la tension durante unhundimiento de tension.

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Figura 2.5: Salto de angulo de fase de +45 [19]

2.2.3. Punto de inicio

El punto de inicio es el angulo de fase de la onda de tension fundamental enel instante que inicia el hundimiento [19].

2.2.4. Punto de recuperacion

El punto de recuperacion es el angulo de fase de la onda de tension fundamentalen el instante que se recupera la tension nominal [19].

2.2.5. Tension de pre-falla

La tension de pre-falla es el valor de tension durante un intervalo de tiempoterminado con la ocurrencia de una falla [19].

2.2.6. Segun su duracion

Como se muestra en la Figura 2.6, de acuerdo a su duracion los hundimien-tos de tension pueden ser clasificados en eventos instantaneos, momentaneos ytemporales [20].

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Instantaneos: Hundimientos con duracion mayor a 0,5 ciclos y hasta 0,5segundos (30 ciclos a 60 Hz).

Momentaneos: Hundimientos con duracion mayor a 0,5 segundos y hasta 3segundos.

Temporales: Hundimientos con duracion mayor a 3 segundos y hasta 1 mi-nuto.

Figura 2.6: Clasificacion de los hundimientos de tension de acuerdo a suduracion

2.3. Trabajos y publicaciones relacionados con

el monitoreo de parametros de calidad de

energıa

En cuanto a los estudios que se han realizado, gran parte se han centradoen la generacion, medicion, caracterizacion y localizacion de los hundimientos detension. Resultando de estos en un considerable numero de trabajos de grado yartıculos de investigacion. En la Figura 2.7, se presenta una lınea de tiempo enla que se presentan los trabajos mas relevantes para el desarrollo del proyectode investigacion, dentro de los cuales se encuentran experiencias en diseno dealgoritmos, construccion de prototipos y experimentacion para el monitoreo decalidad de energıa.

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Figura 2.7: Trabajos de investigacion relacionados con el monitoreo deparametros de calidad de energıa

En 2005, Liccardo et al. [21] desarrollan un sensor inteligente basado en dsPIC,el cual es capaz de monitorear la tension eficaz, detectar rapidamente la ocurren-cia de un hundimiento de tension y extraer ındices de calidad de potencia. Losvalores obtenidos son enviados a un periferico externo, el cual posee un software,a traves de comunicacion serial.

Por otro lado, Angel [22] logro el diseno de un equipo de monitoreo de ondasde tension en un sistema trifasico tetrafilar, adaptable a un sistema monofasico,con entradas electricamente aisladas, encargado de determinar los ındices de ca-lidad de energıa DES y FES para la normativa Colombiana, ası como el registrode las interrupciones y las caıdas de tension, en un periodo de monitorizacion delas tensiones igual o superior a un mes.

En 2008, Perez y Suarez [23] construyen un analizador de calidad de potenciaelectrica de bajo costo a partir de los requerimientos mınimos de la comision deregulacion de energıa y gas (CREG), el cual cuenta con una interfaz USB paracomunicacion con PC y una interfaz grafica para la configuracion, control, cali-bracion y visualizacion de los parametros de calidad de potencia electrica. En elmismo ano, Moreno et al. [24] desarrollan un sensor inteligente para el monitoreode parametros de calidad de energıa, utilizando el medidor de energıa ADE7758.El sensor inteligente desarrollado es significativamente menos costoso que los ana-lizadores de calidad de energıa convencionales. Adicionalmente, implementan unsoftware que permite visualizar la informacion obtenida.

El analisis a traves de software de los metodos de medicion exigidos por laIEC 61000-4-3, estudiando varios escenarios con algoritmos disenados, es realiza-do por Salinas y Corredor en [25]. A traves de esta investigacion se logro obteneralgoritmos para el monitoreo de eventos tanto de estado estacionario como deestado transitorio considerando las principales caracterısticas que describen elcomportamiento del proceso como son: la medida basica, deteccion del evento yla evaluacion de la incertidumbre de medida.

En el 2015, Rincon et al. [26] desarrollan el prototipo de un analizador de

11

redes electricas que permite la visualizacion de curvas y datos numericos de trestensiones de fase, tres tensiones de lınea, tres corrientes, calculo de potencias,medicion de armonicos, calculo de THD y medicion de frecuencia.

2.3.1. Proyectos de investigacion realizados en laUniversidad Distrital Francisco Jose de Caldas

Dentro de la Universidad Distrital se han desarrollado varios proyectos queson adecuados para tomar como base para el desarrollo del proyecto. Los masimportantes son mencionados a continuacion:

En 2011, Chacon y Ruiz [27] implementan un prototipo para la medicion dearmonicos en un sistema monofasico, el cual utiliza un una Bobina Rogowski comosensor de corriente y un divisor resistivo como sensor de tension, adicionalmen-te utiliza la Transformada Rapida de Fourier para obtener la amplitud de losarmonicos. El prototipo permite ver las amplitudes de los 21 primeros armonicosen valor pico y valor eficaz y la distorsion armonica total de senales de corrien-te en un rango de 400 mA a 5 A, ası como la senal de tension entregada por la red.

Por otro lado, Caicedo y Navarro en [28], disenaron e implementaron un pro-totipo de generador monofasico de hundimientos de tension para realizar pruebasde inmunidad sobre equipos electricos y electronicos. Adicionalmente, desarrolla-ron una herramienta computacional, la cual permite generar mapas de contornosiso-sags por fase en un nodo del sistema de potencia, obtener la curva de sensibi-lidad de un equipo y llevar a cabo un analisis de compatibilidad electromagneticamediante una carta de coordinacion de hundimientos de tension.

Como parte de su proyecto de grado Alfonso y Perdomo en [29], implementaronun prototipo escalable, modular y adaptable a diversas condiciones de operacion,para el registro de sobretensiones presentes en redes de tension nominal menor a1 kV, en el que se involucran diferentes sistemas de comunicacion, junto con eldesarrollo de aplicaciones en software que complementan el prototipo.

En 2017, Pena y Perez [30] realizan un estudio sobre medidores de calidad deservicio de energıa electrica, buscando caracterizar y cuantificar las tendencias queson relevantes para productos de este tipo, enfocados principalmente en el sectorresidencial, para su distribucion y comercializacion en Bogota. En este estudio sedetermina que es viable la fabricacion y comercializacion de medidores de calidadde energıa electrica, enfocandose en el sector residencial.

12

2.4. Patentes relacionadas con el desarrollo de

equipos de medicion de parametros

electricos en Colombia

En el caso colombiano hay cuatro tendencias en cuanto a la invencion de sis-temas de medicion: Medidores inteligentes, arquitecturas de comunicaciones, ges-tion de la demanda y gestion de activos. Diferentes empresas del sector electrico(XM, EPM, CODENSA, EMCALI, CELSIA, EPSA, ELECTRICARIBE, EEB,ISAGEN), centros de desarrollo tecnologico (CIDET, CINTEL) y entidades secto-riales (CON, CAC, COCIER), con el liderazgo de la Unidad de Planeacion MineroEnergetica (UPME) y el auspicio del Banco Interamericano de Desarrollo adelan-tan iniciativas como Colombia Inteligente y desarrollaron el mapa de ruta para elaprovechamiento de las tecnologıas “Smart Grid” titulado “Smart Grid Colom-bia Vision 2030” [31]. Dentro de las patentes relacionadas con esta tecnologıa sedestacan:

Dispositivo de medicion de patrones de consumo a traves de la red electrica yprocedimiento de uso [32]: este dispositivo identifica los patrones de consumode una lınea para luego compararlos con otros patrones predeterminados.Al hacer lo anterior, permite determinar que equipo electrico esta siendooperado en la lınea.

Metodo y sistema de lectura de datos de medidores remotos a traves de unared [33]: sistema que permite realizar la lectura de los medidores de serviciospublicos. Inicia leyendo los medidores y enviando una solicitud de calculoa un modulo de comunicaciones; este ultimo establece la conexion con elmedidor correspondiente, hace la solicitud y recibe la respuesta demandada,luego estandariza los datos y responde la solicitud inicial.

Medidor de energıa electrica adaptable para comunicacion optica con variosdispositivos externos [34]: medidor inteligente que se comunica opticamentecon otros dispositivos externos para realizar su lectura remotamente. Parallevar a cabo dicha tarea, el dispositivo utiliza protocolos de comunicacionIEC y ANSI, ası como receptores opticos ubicados tanto en el medidor comoen el dispositivo externo.

Sistema de medicion electronica de energıa con transmision remota de da-tos [35]: Este sistema electronico esta integrado por un dispositivo que calcu-la la energıa consumida y transmite los datos obtenidos a un equipo concen-trador por medio de protocolos de transmision RS485 o infrarrojo. El equipoconcentrador recopila la informacion de todos los medidores y la envıa porlınea telefonica a una central provista con un software que procesa y analizalos datos para generar informes sobre el consumo y las interrupciones delservicio.

13

Sistema de administracion, medicion y control bidireccional e inalambricode consumo de energıa electrica y otros servicios [36]: Este sistema, quearticula al consumidor con el proveedor, sirve para administrar, medir ycontrolar el consumo de energıa electrica en tiempo real. Sus medidores deconsumo envıan los datos tanto al usuario (ya que cuenta con un medio devisualizacion que se ubica en la vivienda) como a la empresa (pues incluyeun equipo de concentracion). Ademas, cuenta con totalizadores para que laempresa mida cuanta energıa ha consumido en el sistema de distribucion;tambien incluye un mecanismo de comunicacion bidireccional inalambrico yautonomo entre sus componentes.

Metodo y aparato integrado de medicion para instalar en lıneas de alimen-tacion electrica [37]: El aparato calcula el consumo de energıa conectandosefısica y electricamente a la lınea a traves de sensores de tension y corrien-te; luego, gracias a su sistema de comunicaciones, transmite los datos a unpunto de recepcion.

Procedimientos para operar el sistema de velas temporizadoras con o sin so-porte de velas consumibles a traves de internet [38]: Sistema concebido para,en funerarias o templos, encender velas temporizadas o consumibles (tengano carezcan de casada o soporte). Funciona a traves de internet, accediendoa la pagina web de la empresa administradora del servicio y seleccionandoel tipo de vela que se desea encender, ası como el tiempo deseado; luegode realizar el pago correspondiente, por medio de una interface se puedemonitorear la disponibilidad y duracion del servicio.

Metodo, aparato y sistema de gestion de la demanda de carga electrica [39]:Este metodo sirve para que el usuario administre su demanda energetica alproporcionarle un umbral de consumo. El sistema le envıa mensajes al usua-rio indicandole los periodos en los cuales se debe limitar sus requerimientospara no sobrepasar el umbral; en caso de que haga caso omiso, el servicioenergetico es interrumpido. La comunicacion, que se lleva a cabo medianteun equipo inalambrico, le permite al cliente conocer el consumo instantaneode energıa total y/o por cargas instaladas, ası como reestablecer el servicio.

Analisis de riesgos de infraestructura energetica y remediacion [40]: La in-vencion sirve para detectar riesgos en los sistemas energeticos. Funciona ası:primero mide los parametros infraestructurales; luego los datos obtenidos enel anterior proceso son incorporados a un software que los analiza, recono-ce los riesgos y propone soluciones mediante programas de mantenimiento.Puede estar conectado a una red de area local o personal que transfiere lainformacion a un centro de control.

14

2.5. Normas y estandares referentes a

hundimientos de tension

En la Figura 2.8 se presenta una seleccion de normas y estandares relacio-nados con hundimientos de tension. Aunque existen muchas normas tecnicas enreferencia, unicamente se citan las mas relevantes para el desarrollo del proyectode investigacion.

Figura 2.8: Normas y estandares relacionados con hundimientos de tension

En Colombia la Comision de Regulacion de Energıa y Gas como parte de susatribuciones legales es quien establece que criterios de calidad de energıa se de-ben cumplir a traves de las resoluciones CREG 070 de 1998, CREG 024 de 2005,CREG 016 de 2007 y CREG 065 de 2015, las cuales se apoyan en estandares como:IEC 61000-4-30, NTC 5001 y NTC 1340.

La resolucion CREG 070 del ano 1998, denominado el reglamento de distri-bucion de energıa electrica, aborda distintas tematicas como las condiciones deconexion para cargas y generadores, la operacion de STR (sistema de transmisionregional) y SDL (sistema de transmision local), equipos de medida, alumbradopublico, entre otros. En lo que respecta a hundimientos de tension, la resolucionCREG 070 de 1998 define los lımites de tension admisibles apoyandose de lo quedicte la NTC 1340 [41].

La resolucion CREG 024 del ano 2005 hace referencia a las normas de calidadde potencia electrica aplicable a los servicios de distribucion de energıa electrica,en esta resolucion se establecen las pautas que debe cumplir la unidad construc-tiva en cuanto a medicion y almacenamiento de eventos, esta debe cumplir losrequerimientos del estandar IEC 61000-4-30 [42].

La resolucion CREG 016 del ano 2007 modifica la resolucion CREG 024 de2005, en aspectos como el tipo de equipos de medicion que se deben utilizar parael analisis de calidad de energıa [43].

La NTC 5001 define los lımites y la metodologıa de evaluacion en el punto deconexion comun para la calidad de energıa electrica. En esta norma se determina

15

la metodologıa de evaluacion de los hundimientos de tension [17].

La resolucion CREG 065 de 2012, tiene el objetivo de presentar claramentelas polıticas de calidad de energıa y ajustarlas para que tengan concordancia conel estandar NTC 5001. Adicionalmente, se establecen distintos indicadores aso-ciados a hundimientos de tension, los cuales deben ser calculados en perıodos demonitoreo de una semana [44].

En el 2012 Colombia adopta el estandar IEC 61000-4-30 del 2008, el cual definelos metodos de medida de los parametros de calidad de potencia y el modo deinterpretar los resultados [16].

2.6. Analizadores de calidad de energıa

disponibles en el mercado

En el mercado existe una gran variedad de fabricantes de analizadores decalidad de energıa, capaces de registrar hundimientos de tension y cuyos preciospueden variar desde 769 a 18000 dolares, teniendo en cuenta que estos equipos noestan unicamente destinados a la deteccion y registro de hundimientos de tension.En las Tablas 2.2 y 2.3 se presentan algunos de los equipos que se pueden encontraren el mercado y sus caracterısticas generales.

Fabricante Modelos Caracterısticas Generales

HT InstrumentsPQA 820, PQA 824

y VEGA 78

Medida RMS, Registro de parametros electricosen sistemas monofasicos y trifasicos

registro de hundimientos de tension conresolucion mınima de 10msconforme a la EN 50160

CircuitorCVMK2, QNA 500, QNA 400,

QNA PT y CIREQ

Medicion de hundimientos de tension acorde conlas normas IEC 61000-4-30,

IEC 61000-3-3, IEC 61000-4-3 y ENV 50141

SonelPQM 711, 703, 702, 700,701Zr, 701Z, 701 y 760

Analizador redes, monofasicas y trifasicas,medicion de hundimientos de tension acorde a las

normas IEC 61000-4-30(clase A y clase S) y EN 50160

Camille BauerMAVOLOG 10y MAVOSYS 10

Registro de hundimientos de tension mayores a10 ms acorde con las

normas EN50160,IEC 61000-4-30 (clase A)

SEL SEL 735Se ajusta a normas ANSI C12.20, IEC 61000-4-30,

registro de alta velocidad de hundimientos detension con marca temporal y medicion bidireccional.

Algodue PQM 4000 y 3000RSe ajusta a normas IEC 61000-4-30 (clase A),

registro de hundimientos de tensioncon formas de onda

Tabla 2.2: Analizadores de calidad de energıa que se pueden encontrar en elmercado (parte 1)

16

Fabricante Modelos Caracterısticas Generales

FUSS-EMVISUVOC Power Quality Analyser

- INA

Se ajusta a normas EN 50160, IEC 614000-4-30(clase A), rango defuncionamiento de 110 a 690 V,

registro de hundimientos de tensionincluyendo forma de onda

PITE PITE 3561, 3531Registro de hundimientos de tension

hasta un maximo de 40 veces

ControlApplications ltd

ELNET PQRegistro de hundimientos de tension,

se ajusta a la norma EN 50160,muestra forma de onda y diagramas de barras

Fluke

VR 1710, 43B, 437 Serie II,435 Serie II, 1760, 1730,

1740, 1750, 1735,1736, 1738, 434 Serie II

Registrador trifasico, se ajusta a normasIEC 61000-4-30, IEC62586-1,

registrahundimientos de tensioncon tiempos seleccionables

Hioki PW3198, 3197

Registro de parametros electricos en sistemasmonofasicos y trifasicos,registros de hundimientos

de tension conformea la norma IEC61000-4-30 (clase A)

Alstom iSTAT M355Medicion de hundimientos de tensionacorde a las normas IEC 61000-4-30

(clase A) y EN 50160

AEMC 8336 y 8230

Registro de hundimientos de tensioncon sello de hora, caracterıstica detalladadel comportamiento de la perturbacion

y se ajusta a la norma IEC 61000-4-3(clase A)

DRANETZHDPQ Visa, Guide, Xplorer

y Xplorer 400

Registrador de hundimientos monofasico y trifasico,se ajusta a las normas EN 50160, IEEE 1159,

IEEE 519, IEEE 1453 e IEC 61000-4-30 (clase A)

ELSPECBlackbox PQA G4500, G3500,

G4430, G4410 Y G4420

Registrador continuo de hundimientos detension conforme a IEC 610004-15,IEC 61000-4-30, EN50160 y ANEEL

Mors Smitt PHA 4400 y PQA 7700

Registrador con funciones importantes paraaplicaciones fotovoltaicas,

se ajusta a normasIEC 62446, IEC 60364-6 y NEN 1010 / NTA 8013.

Metralive Energy Node PQASe ajusta a normas EN 50160, IEC 614000-4-30 (clase A),

registro de hundimientos de tension incluyendohistoricos de comportamiento con hasta 800 datos

Kyoritsu KNEW 5020

Registro de tension en sistemas trifasicoscon capacidad de almacenar hasta 60000 datos.

Registros de hundimientos de tension,con intervalos de registro ajustables de 1 s a

60 min y se ajusta a normas IEC 61010-1 e IEC 61326

Metrel

MI 2892 POWER MASTER,2792A PLUS, 2792 POWER Q4 PLUS,

2592 POWER Q4, 2392 POWER Q PLUS y2492 POWER Q

Se ajustan a normas EN 50160, IEEE 1459,IEC 61557-12, IEC 61000-4-30 (clase A) y

registro de hundimientos de tension con forma de onda

SATEC PM175

Medidor inteligente de energıa trifasico,detecta hundimientos de tension, ademas permitever formas de onda en tiempo real y determinar la

calidad de la energıa, conforme a las normasEN 50160, ANSI C12.20 y EN 50082

Tabla 2.3: Analizadores de calidad de energıa que se pueden encontrar en elmercado (parte 2)

17

Capıtulo 3

Metodologıa para determinar losparametros de medida y registro

Como se presenta a continuacion, el primer paso para el diseno adecuado deun sistema de monitoreo es establecer las funcionalidades y objetivos que estedebe cumplir [45]. En esta seccion se presenta la metodologıa llevada a cabo paradefinir los parametros de medida y registro del modulo, teniendo en cuenta lasnormas tecnicas nacionales.

3.1. Diseno basico de un sistema de monitoreo

[45]

La Figura 3.1 presenta el proceso para convertir informacion bruta de calidadde potencia en informacion util, lo cual es importante para el diseno adecuado deun sistema de monitoreo. El proceso de convertir datos brutos en conocimientoinvolucra la preparacion de los datos, extraer piezas de informacion de los datosalmacenados, asimilacion de la informacion y presentacion de reportes.

Antes de que el sistema sea disenado, las funcionalidades u objetivos del modu-lo deben ser claramente definidas, los disenadores o desarrolladores del modulodeben tener un entendimiento acerca de que tipo de informacion es importanteextraer de una cantidad de datos.

Luego de tener claro que tipo de informacion se desea obtener, es necesarioseleccionar las variables de medicion apropiadas y no tener en cuenta variablesque no proporcionen informacion relevante. Adicionalmente, durante el procesode seleccion de datos se realizan analisis preliminares para asegurar la calidad dela medicion.

Una vez seleccionados los datos estos deben ser representados en un dominio

19

en el que la informacion deseada sea mas facil de obtener, utilizando tecnicas deprocesamiento de senales. Por ejemplo, la Transformada de Fourier es utilizadapara obtener informacion en el dominio de la frecuencia de senales en estado esta-cionario y la Transformada Wavelet se usa para obtener informacion en el dominiodel tiempo y la frecuencia de senales transitorias.

Cuando la informacion es presentada en un dominio adecuado ya esta listapara extraer el conocimiento deseado. Las tecnicas para extraer informacion pue-den ser muy sofisticadas como el reconocimiento de patrones, redes neuronales yaprendizaje automatico; o muy sencillas como encontrar el valor maximo de lasenal transformada o contar el numero de puntos en los que la magnitud de latension esta por debajo de un umbral determinado.

La extraccion de informacion puede dar lugar a piezas dispersas de informa-cion. Estas piezas de informacion son asimiladas para formar conocimiento. Enalgunos casos la asimilacion de la informacion no es muy sencilla, ya que algunaspiezas de informacion entran en conflicto entre sı. Si la informacion en conflictono puede resolverse, la calidad de la respuesta podrıa tener un uso limitado. Elultimo paso en la cadena es la interpretacion del conocimiento y la presentacionde informes.

Figura 3.1: Proceso para convertir datos en conocimiento [45]

3.2. Parametros de medida y registro

Los hundimientos pueden ser caracterizados utilizando distintos parametroscomo: magnitud, duracion, salto de angulo de fase, forma, punto de inicio, punto

20

de recuperacion, entre otros. Obtener todos los parametros de un hundimientopuede brindar informacion innecesaria para un estudio de calidad de energıa. Poresta razon, es necesario definir cuales parametros son los mas relevantes para unestudio de calidad de energıa de cualquier sistema, de acuerdo a las normas tecni-cas relacionadas con calidad de energıa.

Con el objetivo de conocer cuales son las caracterısticas que debe tener unequipo registrador de hundimientos de tension que cumpla con las necesidadesactuales de registro de parametros de calidad de energıa se lleva a cabo la meto-dologıa presentada en la Figura 3.2, esta consiste en una revision de la bibliografıarelacionada con calidad de energıa, dentro de la que se incluyen libros, artıculoscientıficos y normas tecnicas. Una vez revisada la bibliografıa se seleccionan losapartados mas relevantes para el desarrollo de la investigacion. Debido a que den-tro de la bibliografıa existen varias definiciones para un hundimiento de tensiones necesario escoger la que mas se ajuste a las necesidades del proyecto de inves-tigacion. Finalmente, son escogidos los parametros mas importantes a registrar.

Figura 3.2: Metodologıa llevada a cabo para la seleccion de parametros demedida y registro

3.3. Normas tecnicas relacionadas con calidad

de energıa

Dentro de las normas tecnicas relacionadas con calidad de energıa, las masrelevantes para el desarrollo del proyecto de investigacion son las listadas a conti-nuacion:

NTC 5001-2008 Calidad de la potencia electrica. Lımites y me-todologıa de evaluacion en punto de conexion comun: Establece lasmetodologıas de evaluacion y los valores de referencia de los parametrosasociados a la potencia electrica en el punto de conexion comun entre eloperador de red y el usuario para todos los niveles de tension, bajo condi-ciones normales de operacion (Figura 3.3).

21

Figura 3.3: Mapa conceptual NTC 5001

NTC 1340-2004 Tensiones y frecuencias nominales en sistemas deenergıa electrica en redes de servicio publico: Establece los valoresnominales y rangos permisibles que caracterizan la tension de alimentacionsuministrada en cuanto a amplitud y frecuencia (Figura 3.4).

Figura 3.4: Mapa conceptual NTC 1340

22

NTC-IEC 61000-4-30 Compatibilidad electromagnetica (CEM).Parte 4-30: Tecnicas de ensayo y de medida. Metodos de medida dela calidad de potencia: Define los metodos de medida de los parametrosde calidad de potencia de las redes de corriente alterna de 50/60 Hz y elmodo de interpretar los resultados (Figura 3.5).

Figura 3.5: Mapa conceptual NTC-IEC 61000-4-30

IEEE Std. 1346-1998. IEEE Recommended Practice for Evalua-ting Electric Power System Compatibility With Electronic ProcessEquipment: Recomienda una metodologıa estandar para el analisis tecnicoy financiero de compatibilidad de hundimientos de tension entre equipos deproceso y sistemas electricos de potencia.

3.4. Aspectos mas relevantes de las normas tecni-

cas para el monitoreo de hundimientos de

tension

Los apartados mas relevantes, de las normas tecnicas seleccionadas, son lospresentados a continuacion:

La NTC 1340 [46] establece los valores que caracterizan la tension de alimen-tacion que debe ser suministrada en cuanto a amplitud y frecuencia. En la Tabla3.1 se presentan las caracterısticas que debe tener la tension nominal de las redesde baja tension.

23

Clasificacion(Nivel)

Nivel de tensionTension Nominal (V) Tension Maxima

(% de la nominal)Tension Mınima

(% de la nominal)Sistema trifasicode 3 o 4

conductores

Sistema monofasicode 2 o 3

conductores

Baja tension(Nivel 1)

Hasta 1000 V

- 120

+5 -10

120/208 -- 120/240

127/220 -220 -

277/480 -480 -

Tabla 3.1: Clasificacion, denominacion y valores de la tension nominal deacuerdo a la NTC 1340 [46]

Por su parte como metodologıa para la evaluacion de hundimientos de tensionla NTC 5001 establece lo siguiente [17]:

La evaluacion de los hundimientos se determina de acuerdo a su duracion ysu magnitud. La duracion se define como el tiempo medido desde el momentoen que el valor eficaz de la tension cae por debajo del umbral (90% de la tensiondeclarada1), hasta cuando retorna por encima de este. La magnitud de la caıda(tension residual) esta dada por la maxima desviacion del valor eficaz de la tensionde la fase mas afectada, en el caso trifasico, con respecto a la tension declarada ysu duracion esta dada por un tiempo inicial y final del evento. El tiempo iniciales el momento en que alguna de las fases esta por debajo del umbral y el tiempofinal, en sistemas polifasicos, es el momento en que todas las fases alcanzan elumbral del 90% de la tension declarada o lo superan. En un sistema monofasico,es el momento en que la fase alcanza el umbral o lo supera.

Adicionalmente propone la utilizacion de cartas de hundimientos tomando co-mo referencia la norma IEEE 1346 [15], las cuales son tablas acumulativas queindican la cantidad de hundimientos mayores de un valor y duracion y menores deun valor de magnitud que ocurren en un punto determinado (la metodologıa lle-vada a cabo para elaborar la carta de hundimientos es presentada en el capıtulo 6).

Como complemento la NTC-IEC 61000-4-30 [16] establece tres clases de me-dida para hundimientos de tension: clase A, clase S y clase B; las cuales tienen suequivalente en la NTC 5001. En las Tablas 3.2 y 3.3 se presenta una comparacionde las clases de medida que se encuentran en los estandares NTC-IEC 61000-4-30y NTC 5001.

1Es la tension acordada entre el operador de red y el usuario para ser aplicada en el puntode conexion comun.

24

NTC 5001 NTC-IEC 61000-4-30Clase A

Esta clase de metodos de medida se utilizacuando son necesarias medidas precisas,

como por ejemplo, para aplicaciones contractualesque puedan necesitar resolver contenciosos, para laverificacion de la conformidad con las normas, etc.

Este tipo de medida es usada cuando serequieren tomar medidas precisas comoen el caso de aplicaciones contractuales,verificacion contra valores normativos o

solucion de reclamaciones o controversias contractuales.Clase B

Esta clase se define con el objeto deevitar que queden obsoletos muchosdisenos de instrumentos existentes.

Este tipo de medida es usada en aplicacionesde diagnostico de instalaciones, para estudiosestadısticos u otras aplicaciones en donde no se

requiere un alto nivel de precision.Clase S

Esta clase se utiliza para aplicaciones estadısticas talescomo estudios de medida o evaluacion de la calidad depotencia, posiblemente con un subconjunto limitado deparametros. Aunque se utilizan intervalos de medida

equivalentes a la clase A, los requisitos de procesamientode la clase S son menores.

No es definida

Tabla 3.2: Cuadro comparativo de las clases de medida de los estandaresNTC-IEC 61000-4-30 y NTC 5001

Clase NTC-IEC 61000-4-30 Equivalente NTC 5001Clase A Clase AClase B No tiene equivalenteClase S Clase B

Tabla 3.3: Equivalencia de clases de los estandares NTC-IEC 61000-40-30 yNTC 5001

Para el desarrollo del proyecto se toma como referencia lo establecido en laNTC-IEC 61000-4-30, ya que esta posee mas reconocimiento internacional y esutilizada para la certificacion de equipos de medida.

3.5. Conclusiones del capıtulo 3

Los parametros mas importantes a registrar de los hundimientos de tension sonsu magnitud y duracion, ademas se brindara una marca temporal a cada evento,ya que estos son los que seran utilizados para la evaluacion de hundimientos detension.

Los niveles de tension a los que funcionara el modulo son los establecidos porla NTC 1340, siendo 277/480 Vrms el maximo establecido por la norma.

Una vez establecidos los niveles de tension y los parametros a medir, se dacumplimiento al primer objetivo del proyecto: “Establecer los rangos y parame-

25

tros a medir de los hundimientos de tension de acuerdo a lo establecido en lanormatividad nacional.”

26

Capıtulo 4

Seleccion e implementacion delalgoritmo para la deteccion dehundimientos de tension

El valor eficaz de la tension es el parametro mas importante que debe obtenerel modulo, en la Figura 4.1 se presenta el procedimiento basico para obtener elparametro mencionado. El valor eficaz de un hundimiento de tension puede serobtenido a traves de distintos metodos, dentro de los mas conocidos se encuen-tran: valor pico, respuesta promedio y verdadero valor eficaz. En este capıtulo sedescriben cada uno de los metodos anteriormente mencionados y se presenta elalgoritmo implementado para la ejecucion del metodo seleccionado.

Figura 4.1: Esquema basico para la obtencion del valor eficaz de la tension [22]

4.1. Valor pico

El valor eficaz es la raız cuadrada del promedio de una senal periodica. Ası,el valor eficaz tambien se conoce como valor cuadratico medio, o valor rms (root-mean-square) [47]:

Vrms =

√

1

T

∫ T

0

v(t)2dt (4.1)

27

Donde:T =Perıodo de la senal.

En el caso de la senal v(t) = Vpcos(wt), el valor eficaz es:

Vrms =

√

1

T

∫ T

0

V 2p cos

2wt dt =

√

V 2p

T

∫ T

0

1

2(1 + cos2wt)dt =

Vp√2

(4.2)

Por lo tanto, para obtener el valor eficaz de una senal senoidal, el metodoconsiste en obtener el valor pico de la senal y multiplicarlo por un factor deconversion igual a 1/

√2.

4.2. Respuesta promedio

Consiste en calcular el promedio del valor absoluto de un ciclo o de medio ciclode la onda y multiplicarlo por un factor de conversion igual a 1,11, ya que [48]:

Vprom =1

T

∫ T

0

∣

∣

∣

√2Vrmssenwt

∣

∣

∣ dt =2√2

πVrms ≈

1

1, 11Vrms (4.3)

4.3. Verdadero valor eficaz

Este metodo consiste en utilizar la ecuacion 4.4 [19]:

Vrms =

√

√

√

√

1

N

N∑

i=1

v2i (4.4)

Donde:N =Numero de muestras por ciclo.vi =Tensiones muestreadas en el dominio del tiempo.

4.4. Comparacion de los distintos metodos para

obtener el valor eficaz de una senal

En [49,50] se realiza una comparacion de los metodos de medida, anteriormentepresentados, para una variedad de senales, esta es presentada en la Tabla 4.1. Cadaforma de onda en la Tabla 4.1 tiene un valor eficaz de 1,0 pu (100%), el valorobtenido en pu con cada metodo es mostrado bajo las formas de onda asociadas.

28

AlgoritmoOnda Seno

Ondacuadrada

Ondadistorsinada

DimmerOnda

triangular

Valor pico 100% 82% 184% 113% 121%Respuestapromedio

100% 110% 60% 84% 96%

Verdaderovalor eficaz

100% 100% 100% 100% 100%

Tabla 4.1: Calculo del valor eficaz para distintas formas de onda [49,50]

De la Tabla 4.1 se puede concluir que siempre que la tension sea sinusoidal,no importa que metodo es utilizado, sin embargo, generalmente durante un hun-dimiento de tension este no es el caso [19]. Por lo tanto, el metodo mas adecuadopara obtener el valor eficaz de un hundimiento de tension es el denominado ver-dadero valor eficaz.

4.5. Duracion del hundimiento de tension

En cuanto a la duracion del hundimiento, siguiendo los lineamientos de laNTC-IEC 61000-4-30, existen dos opciones: calcular el valor eficaz del hundimien-to sobre una ventana de un ciclo, como se muestra en la Figura 4.2 o sobre unaventana de medio ciclo, como se muestra en la Figura 4.3. La ventana debe serun multiplo de entero de medio ciclo, una ventana mas corta no es util [19].

Figura 4.2: Obtencion de la tension eficaz con actualizaciones cada perıodo

29

Figura 4.3: Obtencion de la tension eficaz con actualizaciones cada medioperıodo

Con el objetivo de cumplir con las caracterısticas de un equipo de clase A,la ventana seleccionada para la deteccion de hundimientos es la de medio ciclo.Calculando el valor de la tension eficaz cada medio ciclo, la duracion obtenida decada hundimiento registrado, sera un multiplo entero de medio ciclo.

4.6. Implementacion del algoritmo para la

deteccion y registro de hundimientos de

tension

En la Figura 4.4 se presenta el esquema general del algoritmo implementadopara la deteccion y registro de hundimientos de tension. Para la ejecucion delalgoritmo, es necesario seleccionar el tipo de sistema y el nivel de tension de este(120, 120/208, 127/220, 220, 277/480 y 480), con el fin de determinar los umbralesde tension.

Luego de obtener una muestra, esta se eleva al cuadrado y el resultado essumado a los cuadrados de las muestras obtenidas anteriormente. Este procesofinaliza cada medio ciclo de la onda, teniendo en cuenta que la primera vez quese realiza, se toman muestras de un ciclo entero de la onda.

Una vez se toma la ultima muestra del medio ciclo de la senal, ademas de su-mar su cuadrado al acumulado total, se compara este resultado con los umbralesque representan el 90% y el 10% de la tension nominal del sistema.

30

Si el resultado se encuentra por debajo del 90% y por encima del 10% dela tension nominal, se inicia un conteo del numero de medios ciclos que la senalpermanece en este estado.

Una vez la tension eficaz se encuentra por encima del umbral, el conteo esdetenido, se adquiere la hora y la fecha del evento, se convierte el valor digital dela magnitud del hundimiento a su valor analogico y la duracion del hundimien-to se convierte de numero de medios ciclos a numero de ciclos. Finalmente, lainformacion del hundimiento es almacenada.

31

Figura 4.4: Esquema general del algoritmo implementado para la deteccion yregistro de hundimientos de tension

32

4.7. Envıo de datos

Una vez solicitado, el envıo de informacion se realiza a traves del protocoloUART (Universal Asyncronous Receiver/Transmitter), el cual permite comunica-cion a largas distancias [51].

La informacion es enviada en un formato similar al CSV (comma-separatedvalues), ya que la informacion obtenida puede ser representada en forma de tabla.Como se muestra en la Figura 4.5 en la cadena de caracteres, cada dato es separadopor punto y coma (;) y cada paquete de datos es separado por el signo pesos ($). Ladescripcion de cada uno de los elementos de la cadena de caracteres es presentadaen la Tabla 4.2.

Figura 4.5: Ejemplo de la cadena de caracteres enviada

Elemento Descripcion? Inicio de la trama; Cambio de columna

107.32 Tension en voltios1532.5 Duracion en ciclos

18/10/17 Fecha13:21:40 Hora

VA

Fase en que ocurrio la falla (Puede ser VA,VB o VC; para sistemas trifasicos de 4 hilosy AB, VC o CA; para sistemas trifasicos de

tres hilos)$ Cambio de fila! Fin de la trama

Tabla 4.2: Descripcion de los elementos de la cadena de caracteres


El algoritmo seleccionado para obtener el valor eficaz de los hundimientos detension es el denominado verdadero valor eficaz, ya que este brinda resultadosmas exactos para distintas formas de onda. Ademas, se selecciona una ventanade medio ciclo para el calculo del valor eficaz. Por lo tanto, la duracion de loshundimientos registrados sera multiplo entero de medio ciclo.

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El algoritmo seleccionado es implementado para la deteccion y registro de hun-dimientos de tension. La informacion obtenida (magnitud, duracion, fase, hora yfecha) es enviada utilizando el protocolo UART y en un formato adecuado paraser representada en forma de tabla.

Se logra un avance en el cumplimiento del tercer objetivo especıfico: “Extraerla informacion requerida de los hundimientos de tension mediante un sistema deprocesamiento de datos y comunicaciones”. Siendo la implementacion en hardwareel paso a seguir.

34

Capıtulo 5

Desarrollo del hardware

5.1. Acondicionamiento de la senal de tension

Ya que el modulo debe trabajar en conjunto con otros dispositivos que registrandistintas variables electricas, el diseno parte de un divisor de tension con lascaracterısticas presentadas en la Tabla 5.1.

Impedancia [MΩ] 1,021Relacion de transformacion 1021

Tabla 5.1: Parametros del divisor de tension

Adicionalmente, se tienen en cuenta los siguientes parametros de diseno:

Capacidad de medicion de hasta 480 V a 60Hz, que corresponde a la tensionmaxima nominal establecida por la NTC 1340, para nivel 1 de tension.

La escala de acondicionamiento de la senal debe ser apropiada para losniveles de tension del conversor analogo-digital.

La impedancia del sistema implementado no debe alterar de manera signi-ficativa la fase y la tension de la senal medida.

5.1.1. Rangos de tension

El primer objetivo del acondicionador de senal es amplificar la senal provenien-te del divisor de tension, para que esta tenga los niveles de tension requeridos porel conversor analogo-digital. Para realizar esta tarea se selecciono un amplificadorde instrumentacion, ya que posee las siguientes ventajas [52]:

Impedancias de entrada de modos comun y diferencial muy altas.

35

Impedancia de salida muy baja.

Ganancia exacta y estable.

Razon de rechazo muy elevada.

Para realizar esta funcion se selecciono el circuito integrado AD620, el cual es unamplificador de instrumentacion de bajo costo y alta precision que requiere solouna resistencia externa para ajustar ganancias de 1 a 10 000.

Como se observa en la Figura 5.1 para el diseno del acondicionador de senal, seaprovecha la ganancia programable que posee el ampllificador de instrumentacionpara obtener distintas ganancias de acuerdo al nivel de tension a sensar, utilizandodistintos valores de resistencia de ganancia Rg.

Figura 5.1: Amplificador de instrumentacion

Para la seleccion de las resistencias de ganancia se tuvieron en cuenta la ecuacion5.1, la cual es la ecuacion de ganancia del amplificador de instrumentacion, latension de referencia del conversor analogo-digital y tres rangos de tension: 0 –120 V, 0 – 277 V y 0 – 480 V.

Rg =49,4kΩ

G− 1(5.1)

Donde:G = Ganancia

Los valores de resistencia de ganancia seleccionados y la tension pico de salidaobtenida para cada uno de estos valores son presentados en la Tabla 5.2.

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Rango [V ]Relacion de

transformacionRg[Ω] Ganancia

Tension picode salida [V ]

0 - 1201021

3940 13,53 2,250 - 277 10156 5,86 2,250 - 480 20720 3,38 2,25

Tabla 5.2: Valores obtenidos de resistencia de ganancia

Las senales de entrada y salida del amplificador de instrumentacion, obtenidasen osciloscopio, se pueden apreciar en la Figura 5.2.

Figura 5.2: Senal de entrada (azul) y salida (rojo) del amplificador deinstrumentacion

Debido a que la mayorıa de los analisis de hundimientos son hechos para predecirel comportamiento de las cargas sensibles conectadas a la red, la tension de interesdepende de la forma en que se encuentren conectadas dichas cargas (fase-neutroo fase-fase) [53], el amplificador de instrumentacion es configurado para obtenerlas tensiones de lınea o las tensiones de fase, como se muestra en la Figura 5.1, deacuerdo a el tipo de sistema que se desee analizar.

5.1.2. Rectificacion de la senal

Como ultima etapa del acondicionador de senal se incluye un rectificador deonda completa de precision el cual transmite una polaridad de la senal de entrada einvierte la otra y ademas es adecuado para preparar senales para la multiplicacion,promediado y demodulacion [54]. Utilizar esta etapa posee las siguientes ventajas:

Es posible rectificar tensiones de entrada con amplitudes del rango de losmV.

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Se obtiene una senal de tension con una polaridad adecuada para el con-versor analogo-digital y con una magnitud que puede ir hasta la tension dereferencia de este.

Ya que el objetivo de la etapa de procesamiento del modulo es obtener elverdadero valor eficaz de la senal sensada, obtener solo la magnitud de estano presenta ningun problema ya que se debe obtener el cuadrado de cadamuestra obtenida.

Para la ejecucion de esta tarea se selecciono el circuito integrado LM358, elcual consiste en dos amplificadores operacionales independientes e internamentecompensados. En conjunto con los amplificadores operacionales, se utiliza el diodo1N4148 ya que es un diodo de recuperacion rapida y posee una baja tension deconduccion.

El esquema del circuito implementado es presentado en la Figura 5.3 y lassenales de entrada y salida del rectificador de precision, obtenidas en osciloscopio,son mostradas en la Figura 5.4, en la cual se puede notar la ventaja que tiene elrectificador de onda completa de precision sobre un rectificador convencional, yaque tanto la senal de entrada al rectificador como la senal rectificada poseen elmismo valor pico.

Figura 5.3: Rectificador de precision

38

Figura 5.4: Senal de entrada (azul) y salida (rojo) del rectificador

5.2. Reloj de tiempo real

La diferencia entre el monitoreo de calidad de energıa y una simple medidaradica en la adicion de una componente de tiempo y de esta manera es posiblesaber cuando ocurre un problema de calidad de energıa [1]. Para anadir estacomponente de tiempo a cada registro, se incluye un reloj de tiempo real al modulo.Aunque esta tarea puede ser realizada por el microcontrolador, incluir un reloj detiempo real tiene ventajas como:

Continuar midiendo el tiempo mientras la fuente de alimentacion no estadisponible, ya que este tipo de elementos poseen una fuente de alimentacionalternativa.

Liberar de trabajo al dispositivo microcontrolador.

Puede resultar mas exacto que el dispositivo microcontrolador.

Para la realizacion de esta tarea se escogio el circuito integrado DS1307, unreloj/calendario de tiempo real con envio de informacion a traves de comunicacionI2C. Este provee informacion de segundos, minutos, horas, dıa, mes y ano. Elesquema de conexion implementado para el reloj de tiempo real es presentado enla Figura 5.5.

39

!

Figura 5.5: Esquema de conexiones del reloj de tiempo real

5.3. Almacenamiento

Para el almacenamiento, de los eventos se selecciono una memoria EEPROM,debido a que posee ventajas como: tener una memoria no volatil, no requiereprogramador para su escritura, no se necesita un borrado previo para reescribir yel tiempo de almacenamiento de la informacion es bastante extenso. Teniendo encuenta que como modulo este va a ser consultado cada 2 minutos, se selecciono lamemoria 24LC512 que posee 512 kbit de memoria, lo suficiente para almacenar3200 registros. El esquema de conexiones de la memoria es presentado en la Figura5.6

Figura 5.6: Esquema de conexiones de la memoria EEPROM

5.4. Dispositivo de adquisicion y procesamiento

de datos

La funcion principal del dispositivo de adquisicion y procesamiento de datoses obtener el valor eficaz de las ondas de tension sensadadas. En el mercado se

40

encuentran varios dispositivos capaces de realizar esta tarea, dentro de los que seencuentran circuitos integrados para la medicion de energıa, los cuales son parteintegral de variedad de medidores inteligentes [24,48]. En esta seccion se exponenlos criterios tenidos en cuenta para la seleccion de este dispositivo.

Los criterios tenidos en cuenta para la seleccion del dispositivo encargado deobtener el valor eficaz de la senal de tension fueron el tiempo de establecimiento1

y el algoritmo utilizado para obtener el valor eficaz de una senal. En la Tabla 5.3se presenta la descripcion de los dispositivos encontrados en el mercado.

Dispositivo DescripcionAlgoritmoVRMS

Tiempo deEstablecimiento

ADE7758

Circuito integradopara la medicion deenergıa, polifasico ycon informacion por

fase.

Respuestapromedio

63% - 100 ms100% - 960 ms

ADE7753

Circuito integrado demedicion multifuncional,monofasico con interfaz de

sensor di/dt

Respuestapromedio

95% - 220 ms100% - 670 ms

LTC1967Conversor de RMS a

DCVerdaderovalor eficaz.

200 ms a 40 s,dependiendo delcapacitor depromediado.

MicrocontroladorCircuito integrado

programable.Depende delprogramador

Depende delprogramador.

Tabla 5.3: Criterios de seleccion para el dispositivo encargado de obener el valoreficaz

Finalmente, como dispositivo encargado de obtener el valor eficaz se escoge elmicrocontrolador, ya que es posible programar el algoritmo anteriormenteseleccionado para obtener el valor eficaz y el tiempo de establecimiento de losdemas dispositivos es mucho mayor que la duracion mas corta de un hundimiento(8,33 ms a 60 Hz).

El microcontrolador seleccionado para cumplir dicha tarea es el PIC18F4550,ya que posee las siguentes caracterısticas:

4 modulos temporizadores (Timer0 a Timer3).

1Tiempo que le toma al dispositivo para reflejar el valor eficaz de la entrada de tension, luegode una variacion de esta.

41

Modulo MSSP (Master Synchronous Serial Port), el cual soporta I2C en losmodos de maestro y esclavo.

Hasta 13 canales de conversor analogo-digital de 10 bits, con tiempo deadquisicion programable.

Modulo USART mejorado.

256 bytes de memoria EEPROM.

Ademas de obtener el verdadero valor eficaz de la senal sensada el microcon-trolador debe realizar las siguientes funciones:

Comparar los niveles de tension eficaz con los umbrales definidos y detectarlos hundimientos de tension.

Obtener la magnitud, duracion y dar una marca de tiempo a cada hundi-miento detectado, utilizando la informacion obtenida del reloj de tiemporeal.

Almacenar la informacion del evento detectado en la memoria EEPROMexterna.

Enviar la informacion almacenada a otro dispositivo.

En la Figura 5.7 se presentan los principales perifericos utilizados del micro-controlador y sus pines correspondientes. Dentro de los principales perifericosutlizados se encuentran 4 entradas analogicas y los modulos USART y MSSP.

Figura 5.7: Perifericos utilizados del microcontrolador

42

5.5. Referencia del conversor analogo-digital

El correcto desempeno del conversor analogo-digital depende de la estabilidadde la tension de referencia de este [55], por esta razon se selecciona el circuitointegrado MAX873, el cual es una referencia de tension de precision. En la Figura5.8 se presenta el esquema de conexiones de la referencia de tension del conversoranalogo-digital.

Figura 5.8: Esquema de conexiones de la referencia de tension

5.6. Diseno del PCB

Con el fin de minimizar la interferencia entre los distintos componentes delmodulo, se tuvieron en cuenta ciertos criterios de compatibilidad electromagnetica.No hay una sola regla para minimizar la interferencia en el PCB, se tienen muchasrestricciones de diseno, de las cuales muchas son buenas practicas en el diseno [56].Los criterios de diseno tenidos en cuenta para el diseno del PCB son presentadosa continuacion.

5.6.1. Capacitores de desacoplo

La vıa mas comun en la que los circuitos pueden interferir es a traves de laslıneas comunes de alimentacion. Cada PCB debe tener un capacitor de bypass a laentrada de la alimentacion. Se espera que el capacitor este tıpicamente entre 10µFy 100µF [56]. Para el diseno se escogieron capacitores de 10µF y se ubicaron cercade la alimentacion como se muestra en la Figura 5.9 (capacitores marcados con 1).

Cada circuito integrado debe tener un capacitor de desacoplo de algunos nF .Los capacitores de desacoplo deben localizarse cerca a cada circuito integrado ya su pin de alimentacion [56]. En la Figura 5.9, los capacitores marcados con 2

43

corresponden a los capacitores de desacoplo, los cuales tienen una capacitancia de0,1µF .

Figura 5.9: Disposicion de los capacitores de desacoplo en el PCB

5.6.2. Plano de tierra

Un metodo util para disminuir la inductancia no deseada de la masa es au-mentar el area del conductor [57]. Por tal motivo, el espacio restante de las doscaras de la tarjeta que no lleva senales se rellena con un plano de masa, como seobserva en la Figura 5.10.

Figura 5.10: Plano de tierra del PCB

5.6.3. Disposicion de componentes

Con el fin de reducir la longitud de las pistas, la distribucion de componentesen el PCB se realizo como se presenta en la Figura 5.11. Donde:

1. Conector de entrada.

2. Circuitos integrados analogicos.

44

3. Circuitos integrados digitales.

4. Alimentacion y comunicaciones.

Figura 5.11: Distribucion de componentes en el PCB

5.7. Disposicion final y costo de fabricacion

El esquema general del modulo es presentado en la Figura 5.12. Este es capazde registrar hundimientos de tension en redes de baja tension de hasta 480V ensistemas monofasicos y trifasicos de dos y tres hilos, siguiendo los lineamientosestablecidos por las normas tecnicas colombianas, almacenar los parametros de loseventos detectados, como es el caso de la magnitud, duracion y marca de tiempo,ademas de enviar la informacion registrada a traves de comunicacion UART.

Figura 5.12: Esquema general del modulo

La disposicion final del modulo es presentada en la Figura 5.13 y el costo totalde su fabricacion es mostrado en la Tabla 5.4.

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Elemento Descripcion Valor unitario ($) Cantidad Total ($)P100KDACT-ND Resistencia 100kΩ 1080 18 19440P1,0KDACT-ND Resistencia 1kΩ 1080 3 3240

SMAZ5V1-FDICT-ND Diodo Zener 1500 3 4500P1MDACT-ND Resistencia 1MΩ 1080 3 3240490-1767-1-ND Condensador 0,1uF 1200 15 18000P3,9KDACT-ND Resistencia 3,9kΩ 1080 3 3240A103157CT-ND Resistencia 15Ω 1980 6 11880

RNCS0805BKE10R0CT-ND Resistencia 10Ω 1710 3 5130P56DACT-ND Resistencia 56Ω 1080 3 3240

RG20P100BCT-ND Resistencia 100Ω 1260 3 3780P20,5KDACT-ND Resistencia 20,5kΩ 1080 3 3240P220DACT-ND Resistencia 220Ω 1080 3 3240296-1014-1-ND LM358 1410 3 4230XC2182CT-ND Cristal 20MHz 2220 1 2220

DS1307Z+T&RTC-ND RTCC 9810 1 9810PIC18F4550T-I/PTCT-ND Microcontrolador 13680 1 13680

311-4,7KCRCT-ND Resistencia 4,7kΩ 300 4 1200311-5,6KCRCT-ND Resistencia 5,6kΩ 300 1 300

MMBT2222ALT1GOSCT-ND Transistor 330 2 66024LC512T-11SMCT-ND Memoria EEPROM 4140 1 4140

478-1167-1-ND Condensador 22pF 300 2 600P10KJCT-ND Resistencia 10kΩ 300 1 300

MAX873BESA+ND Referencia 9060 1 9060535-9166-1-ND Cristal 32kHz 1200 1 1200P1,2KJCT-ND Resistencia 1,2kΩ 300 2 600BC501SM-ND Portabaterıa 2730 1 2730P3,6KJCT-ND Resistencia 3,6kΩ 300 1 300

BAV 199T-FDICE-ND Arreglo de diodos 1110 6 6660P2,2KDACT-ND Resistencia 2,2kΩ 1080 6 6480

AD620ARZ-REEL7CT-ND Amplificador de instrumentacion 28020 3 84060HEADER KIT ARD Header 6188 1 6188REGLETA 40 X 1 Regleta 476 1 476

JUMPER Jumper 89 6 534CR1220 Baterıa 3V 4000 1 40001N4148 Diodo 60 6 360

1276-2397-1-ND Condensador 10uF 1410 2 2820SERVICIOS

Fabricacion PCB 300000 1 300000Ensmable 100000 1 100000

TOTAL ($) 644778

Tabla 5.4: Costo total de fabricacion del modulo

46

Figura 5.13: Disposicion final del modulo


Se disena e implementa un acondicionador de senales de tension que brindauna senal adecuada para un procesamiento en el que se requiere obtener el verda-dero valor eficaz de una senal.

Se desarrolla un sistema de adquisicion y procesamiento de datos, teniendo encuenta criterios de compatibilidad electromagnetica, el cual es capaz de obtenerla informacion deseada de los hundimientos de tension y enviarla a utilizandoel protocolo de comunicacion UART, dando cumplimiento al segundo y tercerobjetivo especıfico del proyecto.

47

Capıtulo 6

Pruebas y presentacion deinformes

Con el objetivo de verificar el funcionamiento del modulo implementado, secomparan las medidas del modulo con las de un analizador de calidad de energıa,realizando pruebas en las que se comparan la duracion, magnitud y fase en queocurre el hundimiento. Por otro lado, luego del monitoreo de calidad de energıadurante cierto perıodo de tiempo, una gran cantidad de informacion es obtenida,este tipo de informacion por sı sola es difıcil de analizar y por esta razon esnecesario un adecuado tratamiento que permita obtener informacion mas util.Para alcanzar este objetivo, se elaboran tablas y graficos que permiten caracterizarun sistema de la mejor manera. En esta seccion se describe el procedimientollevado a cabo para la ejecucion de las pruebas, sus resultados y el procedimientollevado a cabo para la elaboracion de las tablas y graficos mas comunes para lacaracterizacion de hundimientos.

6.1. Generacion de hundimientos de tension

Para la generacion de los hundimientos de tension se elaboro el circuito de laFigura 6.1. Mientras el interruptor electronico S1 permanece cerrado, toda la ten-sion de la fuente cae sobre la impedancia Z2. Una vez el interruptor S1 es abiertola tension de la fuente se dividira entre las impedancias Z1 y Z2, simulandose unhundimiento de tension. Finalmente, cuando el interruptor S1 se vuelve a cerrar,toda la tension de la fuente cae sobre la impedancia Z2, simulandose el final deun hundimiento de tension.

49

Figura 6.1: Generador de hundimientos de tension

Para el caso trifasico, el principio de funcionamiento es el mismo descritoanteriormente. El arreglo de impedancias es conectado a la fase en la que se deseasimular el hundimiento de tension, como se muestra en la Figura 6.2.

Figura 6.2: Generador de hundimientos de tension (caso trifasico)

6.2. Disposicion de los elementos

Para la determinacion de la duracion y magnitud de hundimientos de tension,se tuvo en cuenta el circuito de la Figura 6.1. La Figura 6.3 muestra el montajerealizado para la ejecucion de las pruebas, donde se puede apreciar:

1. Generador de hundimientos de tension.

50

2. Multımetro.

3. Modulo.

4. Fuente de alimentacion DC.

5. Analizador de calidad de energıa. (HT PQA824)

Figura 6.3: Montaje realizado para las pruebas

En el caso trifasico, teniendo en cuenta el circuito de la Figura 6.2, se realiza elmontaje mostrado en la Figura 6.4, donde se puede apreciar:

1. Fuente trifasica.

2. Generador de hundimientos de tension.

3. Modulo.

4. Fuente de alimentacion DC.

51

Figura 6.4: Montaje realizado para las pruebas (caso trifasico)

6.3. Pruebas de duracion de hundimientos

Para la ejecucion de esta prueba se hizo uso del circuito de la Figura 6.1, conuna tension de 120V, haciendo que el interruptor electronico ejecute su apertura ycierre en tiempos determinados. Se hizo el registro de los tiempos obtenidos con elmodulo y con el Analizador de calidad de energıa HT PQA824, cuyas caracterısti-cas son descritas en el Anexo A. Los resultados obtenidos son los presentados enla Tabla 6.1.

Duracion[s]

DuracionPQA [s]

Duracion delModulo

DiferenciaPQA [S]

DiferenciaModulo [s]

Error PQA(%)

Error Modulo(%)

[ciclos] [s]0,009 0,01 1 0,01 0,001 0,001 11,11111111 11,111111110,017 0,02 1 0,016 0,003 0,001 17,64705882 5,8823529410,034 0,04 2 0,033 0,006 0,001 17,64705882 2,9411764710,05 0,04 2,5 0,04 0,01 0,01 20 200,067 0,07 4 0,066 0,003 0,001 4,47761194 1,4925373130,084 0,09 5 0,08 0,006 0,004 7,142857143 4,7619047620,167 0,16 9,5 0,158 0,007 0,009 4,191616766 5,3892215571,67 1,68 100 1,66 0,01 0,01 0,598802395 0,59880239516,7 16,73 1002 16,7 0,03 0 0,179640719 033,33 33,39 2000 33,33 0,06 0 0,180018002 050 50,08 3000 50 0,08 0 0,16 059 59,09 3540,5 59 0,09 0 0,152542373 0

Tabla 6.1: Resultados pruebas de duracion de hundimientos

El modulo presenta resultados similares a los del analizador de calidad deenergıa en cuanto a la diferencia de tiempos con la duracion real del hundimiento.Adicionalmente, ninguna de las medidas tiene una diferencia de mas de 1 ciclo

52

Magnitud[V]

MagnitudPQA [V]

MagnitudModulo [V]

DiferenciaPQA [V]

DiferenciaModulo [V]

Error PQA[%]

Error Modulo[%]

95,2 94,2 95,3 1 0,1 1,050420168 0,10504201783,6 82,5 83,7 1,1 0,1 1,315789474 0,11961722572,5 71,7 72,6 0,8 0,1 1,103448276 0,13793103460,2 54,3 60,2 5,9 0 9,800664452 047,6 42,7 47,5 4,9 0,1 10,29411765 0,21008403434,9 24,6 35,1 10,3 0,2 29,51289398 0,57306590323 22,9 22,9 0,1 0,1 0,434782609 0,434782609

Tabla 6.2: Resultados de las pruebas de magnitud de hundimientos

(16,667 s a 60 Hz), cumpliendo las caracterısticas de un equipo clase A, de acuer-do a lo contemplado en el estandar NTC-IEC 61000-4-30, el cual dice [16]: “Laincertidumbre de la duracion de un hundimiento o de una elevacion es igual a laincertidumbre del comienzo del hundimiento o de la elevacion de tension (mediociclo) mas la incertidumbre del final del hundimiento o de la elevacion de tension(medio ciclo)”.

6.4. Prueba de magnitud de hundimientos

Para la ejecucion de esta prueba se hizo uso del circuito de la Figura 6.1, conuna tension de 120 V, se generaron hundimientos de distinta magnitud cambiandoel valor de las impedancias Z1 y Z2. Se hizo el registro del promedio de magnitu-des obtenidas con el modulo y con el analizador de calidad de energıa, tomandocomo referencia medidas obtenidas con multımetro. Los resultados obtenidos sonmostrados en la Tabla 6.2.

El modulo presenta mejores resultados que los obtenidos con el analizadorde calidad de energıa, en cuanto a la diferencia de magnitudes con respecto ala magnitud real del hundimiento. Adicionalmente, las magnitudes obtenidas nosobrepasan el 0,2% (0,24V) de la tension nominal de la fuente, cumpliendo lascaracterısticas de un equipo clase A, de acuerdo a lo contemplado en el estandarNTC-IEC 61000-4-30, el cual dice con respecto a la magnitud de los hundimientosde tension [16]: “La incertidumbre de medida no debe sobrepasar ±0,2% de latension declarada”.

6.5. Prueba de deteccion de fase en que ocurren

los hundimientos

Para la ejecucion de esta prueba se hizo uso del circuito de la Figura 6.2, conuna tension de 120V de fase, se simularon hundimientos de tension de distintasmagnitudes y en distintas fases. Los resultados obtenidos son los presentados enla Tabla 6.3. En todos los casos, el modulo detecto correctamente la fase en que

53

se simulo el hundimiento.

Magnitud[V]

FaseMagnitudModulo [V]

FaseModulo

60,7 C 60,6 C60 A 60,1 A60,2 B 60 B23,4 B 23,3 B23,3 A 23,2 A23,3 C 23,2 C84,2 B 84,3 B84,5 A 84,4 A84,4 C 84,1 C96,4 C 96,5 C96,8 A 96,7 A96,7 B 96,8 B35,1 B 35 B35,3 A 35,4 A35,3 C 35,4 C48,2 C 48,1 C48,2 B 48,2 B48,3 A 48,2 A

Tabla 6.3: Resultados prueba de deteccion de fase

6.6. Presentacion de informes

Luego del monitoreo de calidad de energıa durante cierto perıodo de tiempo,una gran cantidad de informacion como la mostrada en la Tabla 6.4 es obtenida,este tipo de informacion por sı sola es difıcil de analizar y por esta razon esnecesario un adecuado tratamiento que permita obtener informacion mas util.Para alcanzar este objetivo, se elaboran tablas y graficos que permiten caracterizarun sistema de la mejor manera. En esta seccion se presenta el procedimientollevado a cabo para la elaboracion de las tablas y graficos mas comunes para lacaracterizacion de hundimientos.

6.7. Diagrama de densidad de hundimientos

Una forma sencilla de cuantificar el numero de hundimientos es a traves deuna tabla con rangos de magnitud y duracion [58]. Los elementos de la Tabla 6.4,que se encuentran dentro de cierto rango de magnitud y duracion, son organizados

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Magnitud (p.u.) Duracion (s) Fecha Hora0,19 8 30/04/2016 17:47:050,2 108 03/05/2016 19:59:070,28 467 03/05/2016 19:59:100,43 892 03/05/2016 19:59:110,45 517 03/05/2016 20:00:010,45 8 03/05/2016 20:00:360,45 25 07/05/2016 20:03:150,45 58 13/05/2016 15:00:490,45 33 19/05/2016 11:44:360,49 25 19/05/2016 10:14:360,49 41 21/05/2016 10:24:480,5 8 12/06/2016 03:55:510,52 358 12/06/2016 05:11:020,54 500 17/07/2016 06:04:210,62 33 17/07/2016 07:35:260,67 41 17/07/2016 07:35:260,67 41 27/07/2016 07:58:410,7 8 10/09/2016 14:25:060,73 16 14/09/2016 14:25:060,6 8 22/09/2016 10:55:330,65 208 29/09/2016 11:52:160,4 41 29/09/2016 23:16:520,78 33 01/10/2016 11:34:140,2 25 01/10/2016 11:34:210,83 25 02/10/2016 16:07:460,25 191 02/10/2016 16:08:470,84 25 09/10/2016 09:02:170,84 17 13/10/2016 06:42:390,84 41 13/10/2016 06:42:410,84 242 13/10/2016 06:42:430,84 124 13/10/2016 06:42:440,85 133 13/10/2016 06:46:070,86 41 13/10/2016 06:50:000,86 41 04/01/2017 15:54:260,87 49 04/01/2017 15:54:280,87 233 04/02/2017 15:54:300,87 24 04/02/2017 00:59:440,87 16 05/02/2017 02:12:190,88 74 05/02/2017 15:32:420,88 16 13/02/2017 15:32:470,88 49 13/02/2017 11:03:350,88 25 17/02/2017 17:42:120,89 16 22/02/2017 17:34:160,89 33 01/03/2017 08:52:250,89 41 10/03/2017 10:05:150,89 8 15/03/2017 11:24:520,89 33 16/03/2017 09:17:150,89 8 16/03/2017 09:17:170,89 8 17/03/2017 15:41:340,89 16 20/03/2017 06:12:23

Tabla 6.4: Hundimientos de tension registrados

55

dentro de la Tabla 6.5. Cada celda de la tabla brinda la densidad de hundimientosen un rango de magnitud y duracion dado.

Magnitud[p.u.]

Duracion [s](0 - 0,1] (0,1 - 0,5] (0,5 - 1] (1,0 - 3,0 ] (3,0 - 20] (20 - 60]

(0,7 - 0,9] 20 4 2 0 0 1(0,5 - 0,7] 4 2 0 0 0 2(0,3 - 0,5] 7 2 0 0 0 1(0,1 - 0,3] 0 3 0 0 0 2

Tabla 6.5: Tabla de densidad de hundimientos

La informacion registrada en una tabla de densidad de hundimientos puedeser presentado en un diagrama de barras como el presentado en la Figura 6.5, enesta se puede apreciar que la longitud de cada barra es proporcional al numero dehundimientos en cada rango. Utilizando el diagrama de densidad de hundimientoses posible obtener una impresion de la distribucion de las caracterısticas de loshundimientos, pero no es util para obtener valores numericos.

Figura 6.5: Diagrama de densidad de hundimientos

6.8. Diagrama de hundimientos acumulados

Para un usuario no es muy importante conocer el numero de hundimientosen un rango de magnitud y duracion dado, pero el numero de veces que ciertoequipo podrıa fallar en un perıodo de tiempo, es de vital importancia [58]. Poresta razon, se hace util mostar en un diagrama el numero de hundimientos peoresque una magnitud y duracion dada, siendo los hundimientos de mayor magnitud

56

y de mayor duracion los mas nocivos [18]. Utilizando la informacion de la Tabla6.5, es posible elaborar una tabla de hundimientos acumulados, donde el valor decada celda se calcula utilizando la ecuacion 6.1.

SAGSACUMD =m∑

M=0

dmax∑

d=D

(#SAGS)md (6.1)

Donde:SAGSACUMD: Numero de hundimientos con magnitud menor a M y duracionmayor a D.(#SAGS)md: Numero de hundimientos con magnitud m y duracion d.

Por ejemplo, para obtener el valor de la celda sombreada en la Tabla 6.6, esnecesario sumar el numero de hundimientos que tengan una magnitud menor a0,7 p.u. y una duracion mayor a 0,5 s, es decir, los hundimientos sombreados enla Tabla 6.5.

Duracion [s]Magnitud[p.u.] 0 0,1 0,5 1 3 200,9 50 19 8 6 6 60,7 23 12 5 5 5 50,5 15 8 3 3 3 30,3 5 5 2 2 2 2

Tabla 6.6: Tabla de hundimientos acumulados

La informacion de la Tabla 6.6 es mostrada como un diagrama de barras enla Figura 6.6.

Figura 6.6: Diagrama de hundimientos acumulados

57

6.9. Carta de hundimientos - Cuadro de coordi-

nacion de hundimientos - Diagrama de con-

tornos ISOSAGS acumulados

Los valores de la Tabla 6.6 pertenecen a una funcion continua y monotona,por lo tanto puede ser representada como una funcion bidimensional de numerode hundimientos vs magnitud y duracion [58]. Una forma comun de presentareste tipo de funcion es a traves de un diagrama de contornos. A continuacion, esmostrado el procedimiento llevado a cabo para elaborar este tipo de diagramasutilizando el software MATLAB.

Utilizando el siguiente codigo con los valores de la Tabla 6.6, se obtiene lacarta de hundimientos de la Figura 6.7.

1 x = [0 0 .1 0 .5 1 3 2 0 ] ;2 y = [ 0 . 9 0 .7 0 . 5 0 . 3 ] ;3 [X,Y] = meshgrid (x , y ) ;4 z = [50 19 8 6 6 6 ; 23 12 5 5 5 5 ; 15 8 3 3 3 3 ; 5 5 2 2 2 2 ] ;5 [C, h ] = contour (X,Y, z , 5 ) ;6 clabel (C, h , ’manual ’ ) ;

La funcion meshgrid replica los vectores x y y para producir dos matrices X yY . Las dimensiones de las matrices obtenidas estan determinadas por la longitudde los vectores x y y. Para los vectores x y y, con longitudes 6 y 4 respectivamente,X y Y tendran 4 filas y 6 columnas.

La funcion contour dibuja un diagrama de contornos de Z usando X y Ypara determinar los lımites del eje x y el eje y.

La funcion clabel etiqueta los contornos mostrados en el grafico de contornoactual.

De este diagrama el numero de veces que puede fallar un equipo en el ano puedeser obtenido facilmente. Por ejemplo, en la Figura 6.8, la fuente de alimentacionDC cuya curva de sensibilidad fue obtenida en [28] es superpuesta a la carta decoordinacion de la Figura 6.7. La fuente de alimentacion puede fallar cuando latension cae por debajo del 68% de la tenson nominal, durante un tiempo mayora 100 ms. El numero de fallas debidas a hundimientos es igual a el valor de lafuncion bidimensional en el codo de la curva de sensibilidad. Para el caso de laFigura 6.8, este punto se encuentra entre 10 y 18 hundimientos por ano, por lotanto, la fuente de alimentacion podrıa fallar entre 10 y 18 veces en el ano.

58

Figura 6.7: Carta de hundimientos

Figura 6.8: Superposicion de la carta de hundimientos con curva de sensibilidad

Una vez conocida toda esta informacion, es posible que los usuarios puedantomar medidas para mitigar los efectos nocivos de los hundimientos de tensionsobre las cargas mas sensibles.

6.10. Conclusiones capıtulo 6

A traves de distintas pruebas en las que se simulan y se evaluan distintosparametros de hundimientos de tension como lo son la magnitud, duracion y faseen que ocurren, se verifica el funcionamiento del prototipo, comparando los datosobtenidos con los de un analizador de calidad de energıa, dando cumplimiento alultimo objetivo especıfico del proyecto. Los datos obtenidos con el modulo sonsimilares a los obtenidos con el analizador de calidad de energıa, con lo que se ve-rifica el correcto funcionamiento del modulo. Adicionalmente, los datos obtenidosse encontraron dentro de los rangos de incertidumbre establecidos por el estandarNTC-IEC 61000-4-30 para un equipo de clase A.

59

Capıtulo 7

Conclusiones y recomendacionespara trabajos futuros

7.1. Conclusiones

En este proyecto de grado se diseno e implemento el prototipo de un modulocapaz de registrar parametros de hundimientos de tension como magnitud, dura-cion, fase en que ocurrio, hora y fecha de ocurrencia, en sistemas de baja tension,monofasicos y trifasicos de tres o cuatro hilos.

Luego de una revision de las normas tecnicas relacionadas con calidad deenergıa en Colombia, se establecio que los parametros mas importantes a regis-trar de los hundimientos de tension son su magnitud y duracion, ademas se debebrindar una marca temporal a cada evento, ya que esta informacion es necesariapara la evaluacion de calidad de energıa de un sistema. Adicionalmente, se deter-mino que los niveles de tension a los que funcionara el modulo son los establecidospor la NTC 1340, siendo 277/480 Vrms el maximo contemplado por la norma.

Luego de comparar distintos metodos para obtener el valor eficaz de una senal,el algoritmo seleccionado para obtener el valor eficaz de los hundimientos de ten-sion es el denominado verdadero valor eficaz, ya que este brinda resultados masexactos para distintas formas de onda. Ademas, se selecciono una ventana demedio ciclo para el calculo del valor eficaz. Por lo tanto, la duracion de los hun-dimientos registrados sera multiplo entero de medio ciclo.

El algoritmo seleccionado es implementado para la deteccion y registro dehundimientos de tension. Se diseno e implemento un acondicionador de senalesde tension que brinda una senal adecuada para un procesamiento en el que serequiere obtener el verdadero valor eficaz de una senal. Se desarrollo un sistemade adquisicion y procesamiento de datos, teniendo en cuenta criterios de compa-tibilidad electromagnetica, el cual es capaz de obtener la informacion deseada de

61

los hundimientos de tension (magnitud, duracion, fase, hora y fecha) y enviarlaa otro dispositivo utilizando el protocolo de comunicacion UART, en un formatoadecuado para ser representada en forma de tabla.

Finalmente, se ejecutaron distintas pruebas en las que se simulan y se evaluandistintos parametros de hundimientos de tension como lo son la magnitud, dura-cion y fase en que ocurren, verificando ası el correcto funcionamiento del prototipo,comparando los datos obtenidos con los de un analizador de calidad de energıa.Los datos obtenidos con el modulo se encontraron dentro de los rangos de incerti-dumbre establecidos por el estandar NTC-IEC 61000-4-30 para un equipo de claseA.

7.2. Recomendaciones para trabajos futuros

Con el objetivo de contribuir al mejoramiento de las capacidades del moduloimplementado se recomienda trabajar en los siguientes aspectos:

Utilizar dispositivos que realicen de manera automatica la deteccion de losdistintos niveles de tension a los que el dispositivo opere, evitando la inter-vencion del usuario en la manipulacion del modulo y de esta forma disminuirla probabilidad de error en la manipulacion del modulo.

Realizar el muestreo de la forma de onda en funcion de la frecuencia, conel fin de disminuir el error en la medicion por causa del deslizamiento defrecuencia.

Aumentar la capacidad de procesamiento del modulo con el fin de obtenerotros parametros de hundimientos de tension como lo son el salto de angulode fase, forma de onda, punto de inicio, punto de recuperacion, tension depre-falla, entre otros.

Agregar la capacidad de registro de otras perturbaciones de calidad deenergıa electrica como elevaciones de tension (swells) e interrupciones delarga y corta duracion.

Con el fin de que el dispositivo funcione de manera independiente y no co-mo un modulo, se recomienda desarrollar un sistema de alimentacion porbaterıas que permita que el registrador siga con su funcionamiento normalen caso de que exista ausencia de suministro de energıa electrica. Adicio-nalmente, es posible desarrollar una aplicacion que permita visualizar loshundimientos de tension registrados y realizar la correspondiente evaluacionde la informacion a traves de cartas de coordinacion de hundimientos.

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[54] Frederick F Driscoll. Amplificadores operacionales y circuitos integrados li-neales. Pearson Educacion, 1999.

[55] UB Mujumdar y JS Joshi. Microcontroller based true rms current mea-surement under harmonic conditions. In Sustainable Energy Technologies(ICSET), 2010 IEEE International Conference on, pages 1–5. IEEE, 2010.

[56] Martin O’hara. EMC at Component and PCB Level. Newnes, 1998.

[57] Josep Balcells. Interferencias electromagneticas en sistemas electronicos.Marcombo, 1992.

[58] Math HJ Bollen. IEEE tutorial on voltage sag analysis. IEEE Press, 1999.

[59] HT Instruments. Especificaciones Tecnicas PQA400, PQA823 y PQA824.

67

Anexos

69

Anexo A

Caracterısticas del PQA824 deHT

En esta seccion se presentan las caracterısticas que posee el PQA824 de HT,en lo que compete a la medicion de tension y sus anomalıas [59]:

Tension TRMS CA/CC Fase-Neutro/Fase-Tierra

– Sistema Monofasico/Trifasico

Escala Precision Resolucion Impedancia de entrada0,0-600,0V (±0,5% lectura+2 dıgitos) 0,1V 10MΩ

Tabla A.1: Tension TRMS CA/CC Fase-Neutro/ Fase-Tierra - SistemaMonofasico/Trifasico

Factor de cresta max = 2.

Los valores de tension < 0.2V seran cero.

El instrumento es conectado a TV con factor programable de 1 – 3000.

Tension TRMS CA/CC Fase-Fase – Sistema Trifasi-

co




71

Escala Precision Resolucion Impedancia de entrada0,0-1000,0V (±0,5% lectura+2 dıgitos) 0,1V 10MΩ

Tabla A.2: Tension TRMS CA/CC Fase-Fase – Sistema Trifasico

Anomalıas de Tension – Fase-Neutro – Sistema

Monofasico/Trifasico con Neutro

Escala Precision TensionPrecisionTiempo(50Hz)

ResolucionTension

ResolucionTiempo

0 - 600,0V (1,0% lectura+2 dıgitos) 10ms 0,2V 10ms

Tabla A.3: Anomalıas de Tension – Fase-Neutro – Sistema Monofasico/Trifasicocon Neutro




Umbral programable desde ±1% a ±30%.

Anomalıas de Tension – Fase-Fase – Sistema Trifasi-

co sin Neutro

Escala Precision TensionPrecisionTiempo(50Hz)

ResolucionTension

ResolucionTiempo

0 - 1000,0V (1,0% lectura+2 dıgitos) 10ms 0,2V 10ms

Tabla A.4: Anomalıas de Tension – Fase-Fase – Sistema Trifasico sin Neutro




Umbral programable desde ±1% a ±30%.

72

Spike de Tension – Fase-Tierra – Sistema Mo-

nofasico y Trifasico

Escala Precision TensionResolucionTension

ResolucionTiempo(50Hz)

Intervalo deObservacion (50Hz)

-1000V - -100V ±(2% lectura+60V) 1V10ms

78us - 2,5ms(SLOW)100V - 1000V

-6000V - -100v ±(10%lectura+100V) 15V5us -160us(FAST)100V - 6000v

Tabla A.5: Spike de Tension – Fase-Tierra – Sistema Monofasico y Trifasico

Umbral configurable desde 1000 a 5000V.

73

Anexo B

Artıculos derivados del proyectode grado

B.1. Conferencias internacionales

E.S Gomez-Oviedo, G.A Pardo, F Santamarıa y C.L Trujillo ”Module forRecording Voltage Sags in Low Voltage Systems”, IEEE Workshop on PowerElectronics and Power Quality Applications 2017, Bogota, Colombia, ISBN:978-1-5090-6678-0.

75

Anexo C

Diagrama esquematico delmodulo

Contenido:

1. Circuito esquematico del acondicionamiento de tension de la fase A.

2. Circuito esquematico del acondicionamiento de tension de la fase B.

3. Circuito esquematico del acondicionamiento de tension de la fase C.

4. Circuito esquematico del reloj de tiempo real y la memoria.

5. Circuito esquematico del dispositivo de procesamiento y comunicaciones.

77

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4

Date: 10/09/2017 Sheet ofFile: C:\Users\..\Sheet1.SchDoc Drawn By:

1

2

3

45

6

7

8

U4AD620AN

8

1

4

3

2

1

U3ALM358ADR

84

75

6

2

U3BLM358ADR

D1Diode 1N4148

D3Diode 1N4148

D2D Zener

10

R4

Res2

20.5

R8

Res2

15

R3

Res215

R2

Res23.9K

R1

Res2

100

R7

Res256

R6

Res210K

R5

Res2

220

R9

Res2

GND

100K

R14

Res2

100K

R10

Res2100K

R11

Res2100K

R12

Res2

GND

100K

R17

Res2

1K

R15

Res2

GND

5V

-5V

123

U2BAV199

1 23

U5BAV199

2.2K

R13Res2

2.2K

R16Res2

5V 5V

-5V-5V -5V

5V

5V -5V

5V -5V

12

P1

Header 2

12

P2

Header 2

12

P3

Header 2

0.1uF

C1Cap

0.1uF

C2Cap

0.1uF

C4Cap

0.1uF

C3

Cap

0.1uF

C5Cap

GND123

P5Header 3

RG11

RG12

RG13

RG11 RG12 RG13

GND

12

34

P4

Header 4

B

C

GND

B

AN1

Acondicionamiento fase A

E Gómez y G Pardo51

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4


1

2

3

4

5

6

78

U8AD620AN

8

1

4

3

2

1

U7ALM358ADR

84

75

6

2

U7BLM358ADR

D4

Diode 1N4148

D6Diode 1N4148

D5D Zener

10

R21

Res2

20.5

R25

Res2

15

R20

Res215

R19

Res23.9K

R18

Res2

100

R24

Res256

R23

Res210K

R22

Res2

220

R26

Res2

GND

100K

R31

Res2

100K

R27

Res2100K

R28

Res2100K

R29

Res2

GND

100K

R34

Res2

1K

R32

Res2

GND

5V

-5V

123

U6BAV199

1 23

U9BAV199

2.2K

R30

Res2

2.2K

R33Res2

5V 5V

-5V-5V -5V

5V

5V -5V

5V -5V

12

P6

Header 2

12

P7

Header 2

12

P8

Header 2

0.1uF

C6Cap

0.1uF

C7Cap

0.1uF

C8Cap

0.1uF

C9Cap

GND

123

P9Header 3

GND

B

C

RG21

RG22

RG23

RG21 RG22 RG23

AN2

Acondicionamiento fase B

5E Gómez y G Pardo

2

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4


1

2

3

4

5

6

7

8

U12AD620AN

8

1

4

3

2

1

U11ALM358ADR

84

75

6

2

U11BLM358ADR

D7Diode 1N4148

D9Diode 1N4148

D8D Zener

10

R38

Res2

20.5

R42

Res2

15

R37

Res215

R36

Res23.9K

R35

Res2

100

R41

Res256

R40

Res210K

R39

Res2

220

R43

Res2

GND

100K

R48

Res2

100K

R44

Res2100K

R45

Res2100K

R46

Res2

GND

100K

R51

Res2

1K

R49

Res2

GND

5V

-5V

123

U10BAV199

1 23

U13BAV199

2.2K

R47Res2

2.2K

R50Res2

5V 5V

-5V-5V -5V

5V

5V -5V

5V -5V

12

P10

Header 2

12

P11

Header 2

12

P12

Header 2

0.1uF

C10Cap

0.1uF

C11Cap

0.1uF

C12Cap

0.1uF

C13Cap

GND

123

P13Header 3

GND

C

A

RG31

RG32

RG33

RG31 RG32 RG33

AN3

Acondicionamiento fase C

5E Gómez y G Pardo

3

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4


BT1Battery

0.1uF

C14Cap

X11

NC2

X24

NC3

Y1XTAL32.768kHz

X11

X22

Vbat3

GND4

VCC8

SQW/OUT7

SCL6

SDA5

U14

DS1307

VCC8

WP7

SCL6

SDA5

A01

A12

A23

Vss4

U15

24LC512GND

5V

GND

GND

1K

R54Res2

1K

R52

Res2

1K

R53

Res2

1K

R55

Res2

5V

0.1uF

C15Cap

SCL

SDA

5V

GND

RTCC y Memoria

5E Gómez y G Pardo

4

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A4


RC7/RX/DT/SDO1

RD4/SPP42

RD5/SPP5/P1B3

RD6/SPP6/P1C4

RD7/SPP7/P1D5

VSS6

VDD7

RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA8

RB1/AN10/INT1/SCK/SCL9

RB2/AN8/INT2/VMO10

RB3/AN9/CCP2/VPO11

NC/ICCK/ICPGC12

NC/ICDT/ICPGD13

RB4/AN11/KBI0/CSSPP14

RB5/KBI1/PGM15

RB6/KBI2/PGC16

RB7/KBI3/PGD17

MCLR/VPP/RE318

RA0/AN019

RA1/AN120

RA2/AN2/VREF-/CVREF21

RA3/AN3/VREF+22

RA4/T0CKI/C1OUT/RCV23

RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT24

RE0/AN5/CK1SPP25

RE1/AN6/CK2SPP26

RE2/AN7/OESPP27

VDD28

VSS29

OSC1/CLKI30

OSC2/CLKO/RA631

RC0/T1OSO/T13CKI32

NC/ICRST/ICVPP33

NC/ICPORTS34

RC1/T1OSI/CCP2/UOE35

RC2/CCP1/P1A36

VUSB37

RD0/SPP038

RD1/SPP139

RD2/SPP240

RD3/SPP341

RC4/D-/VM42

RC5/D+/VP43

RC6/TX/CK44

U1

PIC18F4550-I/PT

GND

0.1uF

C16Cap

IC1

IN2

TEMP3

GND4

IC8

NC7

OUT6

TRIM5

U16

MAX873

X11

GND2

GND4

X23

Y2

XTAL20MHz

Q2QNPN

Q1QNPN

GND

GND

TXRX

5V

GND

OSC1

OSC1

OSC2

OSC2

GND

GND

GND

0.1uF

C17Cap

5V

GND

5V

VREF+

VREF+

GND

GND

SDASCL

10K

R59

Res2

GND

22pF

C20Cap

22pF

C21Cap

AN1AN2AN3

TX

4.7K

R56

Res2

5.6K

R57

Res2GND

5V

4.7K

R58Res2

3.3V

TX2

4.7K

R61

Res23.3V

RX2

4.7K

R60Res2

5V

RX

123456

P14

Header 6

MCLR5V

GNDPGDPGCPGM

PGMPGCPGD

12

3456

P15

Header 6

RX2TX2

-5VGND

5V3.3V

10uF

C18Cap

10uF

C19Cap

-5V

5E Gómez y G Pardo

Dispositivo de procesamiento y comunicaciones

5

IMPLEMENTACI ON DEL PROTOTIPO DE UN M´ ODULO PARA EL ...

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