Sin ttulo de diapositiva

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Grupo de Perturbaciones y Planificación
Energética Dpto. Ing. Eléctrica y
Energética Universidad de Cantabria
Medidores de Calidad de Suministro
Mario Mañana CanteliProfesor UC
2
ÍNDICE
1. Introducción
2. Revisión del estado del arte de la medida
3. Arquitectura de la instrumentación de medida
3.1 Transductores
3.2 Adquisición de medidas
3.3 Procesado de medidas
3.4 Normativa
4. Algunos casos prácticos de aplicación
3
Introducción
4
Por qué medir?
Para solucionar problemas
TRASGU Para solucionar problemas -gt Baterías que
se estropean. ASD que funcionan mal. Para
prevenir problemas -gt Conocer los parámetros de
la red antes de instalar nuevos equipos.
Para prevenir problemas
A quién interesa?
TRASGU A todos los usuarios -gt Tanto grandes
como pequeños clientes. Cada uno con sus
necesidades.
5
Componentes de un sistema de monitorización
Sistema de almacenamiento de medidas
6
Instrumentación
TRASGU ? -gt Gestion de las comunicaciones
7
Normativa
8
TRASGU ? -gt Gestion de las comunicaciones
9
Necesidades de muestreo
10
Seguridad de los usuarios
11
Cadena de medida

• Elementos principales
• Transformador de medida
• Unidad de medida
• Unidad de evaluación

12
Con qué medir?
Se utilizaba instrumentación de propósito
general Osciloscopios Registradores de
transitorios Analizadores de espectro
13
Osciloscopios
Resultan muy adecuados para analizar ciertos
fenómenos de AF
Número de canales 1, 2 ó 4 Frecuencia de
muestreo 20 MSa/s single shot, 10 GSa/s
repetitive Memoria interna 4.000 puntos
Resolución 8 bits Velocidad máxima de refresco
1.500.000 puntos/sec Ancho de banda CH 1 2
dc-100 MHz (ac 10 Hz-100 MHz), Ancho de banda
1 disparo dc-2MHz Sensibilidad CH 1 2 de
2mV/div a 5 V/div Precisión ganancia dc 1.5
Impedancia de entrada 1M ohm, 13 pF. Nivel
máximo de entrada (dc pico ac) 400
V Resolucion 100 ps Base tiempos 5 s/div to 2
ns/div Precisión 0.01 Fuente Trigger CH
1, 2, line or ext. Sensibilidad Trigger dc to
25 MHz 0.35 div or 3.5mV Peso 6.2
kg Dimensiones 172 mm H x 322 mm W x 317 mm D

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Medida de la distorsión generada por un ASD
funcionando sin filtro
15
Registradores de transitorios (I)

• Ancho de banda (300 MHz)
• Número de canales (4)
• Frecuencia máxima de muestreo (100 MS/s)
• Resolución vertical (10 bits)
• Longitud del registro (100 kword/canal)
• Sensibilidad vertical (2 mV/div. a 5 V/div.)
• Precisión dc ( 1)
• Tiempo de barrido (2 ns/div. a 50 s/div.)
• Precisión temporal ((0,005200 ps))

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Registradores de transitorios (y II)

• Tipos de trigger Nivel, Flanco, TV (PAL, NTSC,
  HDTV), Anchura de pulso, etc.
• Operaciones sobre las señales , -, FFT
• Frecuencia de refresco de pantalla (60 veces por
  s para 4 canales.)
• Almacenamiento permanente de valores impresora o
  disco flexible.
• Puertos de comunicación GP-IB, serie.

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Aplicación a la medida de transitorios de muy
alta frecuencia
Las normas IEC-1083 e IEEE-1122 establece los
criterios de medida de transitorios tipo rayo y
similares
ADC gt 9 bits fm gt 60 MS/s 1 error en la medida
de señales superpuestas a otras de baja
frecuencia y gran amplitud.
18
Analizadores de espectro
Número de canales 2, 4,8 ó 20 canales Autorango
de entrada para rango dinámico de 72 dB (ADC 12
bits). Rangos de entrada desde 21 V hasta 8
uV. Umbral de ruido menor de 10 uV para un
análisis de 400 líneas utilizando una frecuencia
máxima de 500 Hz. Rango análisis frecuencia
DC-10 Hz (mínimo) DC-20 kHz (máximo). Rango
ajustable de forma continua. Resolución 100,
200, 400, 800 Anti-aliasing filtro elíptico de
7-polos
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Medidores especializados
20
Grandes Fabricantes. EEUU
21
Grandes Fabricantes. Europa y España
TRASGU Circutor AR.4
22
Desarrollo de MEPERT
23
MEPERT. Características técnicas

• Arquitectura basada en compatible PC
• Puertos serie y paralelo
• Red ethernet y modem
• Resolución conversor A/D 12 bits.
• Canales de medida con entrada diferencial
  (conexión flotante).
• 3 canales de tensión
• 4 canales de intensidad
• 8 canales e/s digitales libres de potencial.
• Trigger externo
• Alimentación ininterrumpida

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MEPERT. Características funcionales

• Intervalo de medida configurable por el usuario
• Modos de medida continuo y discontinuo.
• Armónicos hasta el 50. Cáculo del THD en tensión
  e intensidad. THD equivalente trifásico según
  IEEE.
• Potencia y Energía Monofásica y trifásica según
  Legislación Española e IEEE.
• Factor de potencia monofásico, trifásico y
  trifásico equivalente.
• Desequilibrios, componentes simétricas.

• Flicker. Medida del IFL, Pst y Plt según IEC 868.
• Multímetro.
• Frecuencia fundamental.
• Impedancia armónica de carga.
• Modos de medida. Según normas EN 50.160 e IEC
  1000-4-7.

25
Transductores de medida de tensión y corriente
26
Medida de corriente
10 14 bits ? lt 0.0005
? lt 5
27
Transformadores medida AT
IEC 1000-4-7 Parque de transformadores de medida
de tensión instalados con ? gt 5 ó 5º a
frecuencias armónicas.
28
Algunas consideraciones para la medida utilizando
transformadores de AT
Relación de transformación nominal Error de
relación Error de fase o de ángulo Carga del
transformador Carga de precisión Clase de
precisión Factor de seguridad Intensidades
límites dinámica y térmica Aislamiento
29
Transductores de corriente para BT
30
Transductores de corriente para BT (I)
31
Transductores de corriente para BT (II)
º
32
Transductores de corriente para BT (III)
33
Transformadores Rogowski
34
Transformadores Rogowski (II)
Margen de corrientes 0 a 3.000 A Se
comercializan con longitud variable (entre 0,3 y
2 m) Necesitan un integrador Precio entre las
30.000 y las 100.000 pts.
35
Transformadores Rogowski (III)
36
Transformadores ópticos de tensión y corriente
37
(No Transcript)
38
Fundamentos del transformador Óptico
39
Transformador óptico. Solución comercial
40
Aplicación práctica
Precisión
Ancho de banda
Rango de medida
Relación V / A
Geometría
Autonomía
Precio
41
Etapas de acondicionamiento y adquisición de señal
42
Etapa de acondicionamiento de señal

• Amplificación/atenuación programable.
• Amplificador de aislamiento.
• Filtro antialiasing.

43
Modos de medida
44
Modos de disparo (Trigger)

• Temporal Se especifica una temporización de
  medida.
• Evento nivel, flanco, pendiente, etc. (Todas las
  anteriores pueden producirse en el dominio del
  tiempo o de la frecuencia.)
• Nuevas técnicas redes neuronales, sistemas
  expertos, logica fuzzy, etc.

45
Disparo por umbral

• Se inicia el registro cuando el valor a
  monitorizar se sale de un intervalo determinado.

46
Disparo por pendiente
47
Concepto de Pre y Post trigger
Trigger
Pre-Trigger
Post-Trigger

48
Compatibilidad entre señales y amplificadores
compatible
Condicionalmente compatible
Incompatible
49
Efectos de las protecciones en la medida de
impulsos
Efecto de la situación del varistor sobre la
medida de impulsos. Adaptado de Martzloff, F.D. y
Gruzs, T.M. Power Quality Site Surveys Facts,
Fiction and Fallacies IEEE Trans. On Industrial
Applications, vol. 24, no. 6, Nov. 1988.
50
Filtro Anti-aliasing
Tiene como objetivo garantizar que se cumple el
teorema de Nyquist
51
Conversión Analógico/Digital. Topologías de
conversión
52
Adquisición
Cada canal de tensión lleva una placa como esta.
Las señales de tensión son filtradas por
separado, las de alta frecuencia, es decir
mayores de 4 KHz son enviadas por el canal
inferior, y las de baja frecuencia por el canal
superior.
Arquitectura del Omega
voltage pod
lt4 kHz

???

???

Propiedad de MYCESA S.A.
gt4 kHz
320MB
53
Telemática
54
Telemática asociada a los medidores (I)

• Conexión punto a punto.

55
Telemática asociada a los medidores (II)

• Conexión punto - multipunto.

56
Telemática asociada a los medidores ( y III)

• Conexión a red de conmutación de paquetes.

57
PQWeb
58
(No Transcript)
59
Medidas Sincronizadas
60
Aplicación práctica de las medidas multiterminales
61
Análisis espectral en sistemas eléctricos
62
Dominio tiempo versus frecuencia

• La mayoría de las señales se perciben en el
  dominio del tiempo (tensión y corriente
  instantánea, flujo instantáneo, etc.) ?
  Representación Amplitud-Tiempo.
• LIMITACIÓN
• La utilización del dominio de la frecuencia
  aporta un punto de vista complementario de la
  señal.
• ? Representación Amplitud-Frecuencia.
• Muy útil para obtener los armónicos de señales
  estacionarias.
• Cómo obtener las componentes frecuenciales de
  una señal?

• No permite extraer fácilmente información sobre
  las componentes frecuenciales de la señal.
• La interacción señal-sistema se expresa mediante
  la convolución.

63
Transformada de Fourier
TF
Armónicos
Dominio frecuencia
Dominio tiempo
1
1
0.9
0.8
0.8
0.6
0.7
0.4
0.6
0.2
Amplitud
Amplitud
FFT
0.5
0
0.4
-0.2
0.3
-0.4
0.2
-0.6
-0.8
0.1
-1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
50
100
150
200
250
tiempo (ms)
frecuencia (Hz)
64
Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 - 1830)
65
Transformada de Fourier
Y además tenemos la transformada rápida de
Fourier (FFT) para calcular los armónicos en los
equipos de instrumentación de forma muy, muy
rápida...
La herramienta perfecta para calcular armónicos
66
Aplicación de la TF para el análisis de señales
con transitorios
67
La TF no sirve para analizar transitorios o
señales que no son estacionarias. y cómo voy a
analizar las maniobras en las líneas de
transporte o la conexión y desconexión de
baterías de condensadores....?
68

• Se puede considerar que las señales son
  estacionarias durante pequeños intervalos de
  tiempo.
• Considerando la premisa anterior, se puede
  aplicar la TF a cada uno de estos intervalos de
  tiempo.
• Para cada uno de estos intervalos se tiene un
  espectro de frecuencias.

Short-Time Fourier Transform (STFT)
Dennis Gabor (1946)
69

• D. Gabor (1946) adaptó la TF para analizar
  pequeños intervalos de tiempo utilizando una
  técnica de ventanas deslizantes.
• La STFT mapea una señal en una función 2D
  dependiente del tiempo y la frecuencia.
• La STFT proporciona información sobre QUE
  frecuencias aparecen y CUANDO lo hacen.
• La precisión de los resultados depende del tipo y
  tamaño de la ventana.

Ventana
1.5
1
0.5
0
frecuencia
amplitud
-0.5
-1
-1.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
tiempo (ms)
tiempo (ms)
70
(No Transcript)
71
(No Transcript)
72
La STFT permite analizar señales no estacionarias
amplitud
amplitud
tiempo (ms)
tiempo (ms)
STFT
STFT
frecuencia
frecuencia
tiempo (ms)
tiempo (ms)
73
Sin embargo, el tamaño de la ventana tiene mucha
influencia en los resultados obtenidos
74
No se puede tener buena resolución en tiempo y
en frecuencia?
El problema es debido a que las ventanas
tiempo-frecuencia son cuadradas ? Buena
resolución en tiempo y frecuencia obliga a hacer
ventanas muy pequeñas
Hacer ventanas pequeñas ? Tomar muchas muestras
por ciclo ? Caro e innecesario.
75
Dominio tiempo
Amplitud
Tiempo
Análisis Wavelet
STFT
76
Análisis Wavelet
1000 puntos
Escala
Señal
cA1 (500 DWT coeficientes)
Tiempo
cD1 (500 DWT coeficientes)
cD2 (250 DWT coeficientes)
cA2 (250 DWT coeficientes)
77
(No Transcript)
78
APLICACIÓN PRÁCTICA
Transitorio de conexión de una batería de
condensadores para compensación de potencia
reactiva
79
Simulación del transitorio mediante EMTP
80
Análisis Wavelet del transitorio de cierre de una
batería de condensadores para compensación de
reactiva
4
Analyzed Signal
x 10
1
0.5
0
-0.5
-1
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Values of Ca,b Coefficients for a 1164 --
Coloration mode init by scale abs
61
57
53
49
45
41
37
33
29
25
21
17
13
9
5
1
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Scale of colors from MIN to MAX
81
Compresión de datos
82
(No Transcript)
83
(No Transcript)
84
Práctica recomendada de medida
85
(No Transcript)
86
Guía para la medida de la calidad. IEEE Std
1159-1995
Fecha de la perturbación
Hora de la perturbación
Empresa
Dirección
Nombre de contacto
Número de fax
Número de teléfono
Descripción de la perturbación
Equipos afectados
Tipo de equipo
Fabricante
Precio
87
Post-Proceso de Medidas
88
TRASGU ? -gt Gestion de las comunicaciones
89
TRASGU Formas de onda 2 byte/muestra x 512
muestras/ciclo x 1 canal x 50 ciclos/segundo x 60
segundos/minuto Armonicos 50 armonicos/medida x
2 byte/armonico x 2(magnitud y fase) x 6
medidas/minuto
Registro de armónicos ej. 50 armónicos, 1 canal,
durante 1 minuto cada 10 s. Espacio necesario 2
x 50 x 2 x 6 1,2 kbyte
90
PQDIF. Un intento de estandarización
Plataforma neutra Formato binario
comprimible Diseñado especificamente para el
almacenamiento de datos relacionados con la
calidad de suministro.
91
(No Transcript)
92
Ventajas de la utilización de este formato
Fácil integración de datos de diferentes equipos
Existencia de filtros para algunos fabricantes
y próxima disponibilidad para la mayoría.
Estructura flexible para almacenamiento
individual o en BBDD
Compresión de ficheros con garantía de integridad
de datos
93
(No Transcript)
94
Aplicaciones específicas Dedicadas a equipos
específicos Universales
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TOP (The Output Processor). Electrotek
Windows Metafile (.WMF) Tagged Image File Format
(.TIF) Windows Bitmap (.BMP) Microsoft Excel
(.XLS) Comma Separated Variable (.CSV) ASCII Text
(.TXT)
Suma, diferencia, multiplicación y
división Inversión y valor absoluto FFT,
IDFT Cuadrado y raíz cuadrada I2t,
X-Y Probabilidad acumulativa Distribución
probabilidad
96
Gestión de grandes volúmenes de medidas
97
(No Transcript)
98
(No Transcript)
99
ADISA (Análisis Distorsión Armónica)
100
OMEGA Power Analysis System
101
MEMOBOX 686
102
Inteligencia artificial en Instrumentación
103
SSEE. Estructura básica
Agenda
Base de conocimiento
Lista de hechos
Motor de inferencia
Interface de usuario
104
Herramientas de soporte a la
Ing. Eléctrica basadas en
bases de conocimiento
Tecnología
Tipo de aplicación
Dominio de aplicación
Configuración
Laboratorios CEM
Hardware
Metodología
Herramienta
Diagnóstico
Dptos. Planificación
Redes
PC
Sistema
CLIPS
Entrenamiento
experto
Dptos. Compras
Estación
LISP
Planificación
de trabajo
Lógica
Universidades
PROLOG
Control
fuzzy
Sistema
C/C
Interpretación
embebido
Redes
neuronales
Otros
Diseño
Algoritmos
Monitorización
genéticos
Otros
Otros
105
SI ST 500 kVA ENTONCES Aceptar_conexiónsi
SI ST gt 500 kVA Rect./Inv.si ENTONCES
preguntar Potencia, número de pulsos, control,
etc. SI Rect./Inv.si Potencia número de
pulsos control ENTONCES calcular
Potencia equivalente SI Seq/ST lt 0,25 U30
kV ENTONCES Aceptar_conexiónsi SI Seq/ST lt
0,30 Ugt30 kV ENTONCES Aplicar criterios
limitación armónicos si
106
(No Transcript)
107
(No Transcript)
108
(No Transcript)
109
FIN