calidad de energÍa y mantenimiento a subestaciones...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE SINALOA

PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA EN ENERGÍA

CALIDAD DE ENERGÍA Y MANTENIMIENTO A

SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

AUTOR: RODRIGO FERNANDO MORELOS SILVA

Tesina presentada como requisito parcial para optar al título de:

Licenciado en Ingeniería en Energía

Asesores:

Dr. José Rigoberto Raygoza Viera

Ing. Juan Carlos Lopez Lachica

Dr. Néstor Daniel Galán Hernández

Mazatlán, Sinaloa a diciembre del 2015.

2

CALIDAD DE ENERGIA Y MANTENIMIENTO A SUBESTACIONES ELECTRICAS

MORELOS SILVA RODRIGO FERNANDO

DICTAMEN DE APROBACION

3



DEDICATORIA

“A las personas que piensan que la diversión y el estudio no puede coexistir”

4



Resumen

En el siguiente documento se presenta el procedimiento y análisis sobre cómo se

debe realizar un mantenimiento correctivo a subestaciones eléctricas. Como

introducción se presenta información sobre transformadores, que componentes los

conforman, como funcionan y los diferentes tipos que existen en el mercado. Se

especifican los pasos a seguir durante el proceso, además de cómo deben

realizarse y cuál es el equipo adecuado para este. Así mismo se presentan las

diferentes pruebas que deben ser realizadas de acuerdo al protocolo de

subestaciones eléctricas, basado en la normativa de CFE. Entre las diferentes

pruebas que se detallaran se encuentran; prueba de rigidez dieléctrica del aceite,

de relación de transformación y de resistencia de aislamiento. Además se pretende

que este documento sea una guía para que el lector pueda realizar un

mantenimiento completo, desde observaciones hasta las posibles soluciones de

cada una de ellas.

Otro punto importante de este documento es, calidad de energía, donde se

especifica que es, por que es importante, como se mide, la problemática y sus

soluciones. Además se encuentran temas como; factor de potencia, el factor de

distorsión (THC – Total Harmonic Distortion), bancos de capacitores, entre otros.

También se describen los puntos de gran importancia de seguridad y protección, los

cuales son de gran ayuda a la hora de trabajar para evitar accidentes que puedan

ser fatales para cualquier persona. Por último se encuentran las Tarifas de CFE, se

mencionan cada una de ellas, su clasificación, como están divididas dentro del país,

así como la facturación y las tarifas horarias.

Palabras clave

Subestación eléctrica

Calidad de energía

Transformador

5



Abstract

This document displays the analysis and process about how to do a corrective

maintenance to electric substations. As an introduction it presents information about

transformers, which components it has, how it works and the different types that exist

in the market. It specify the steps to follow during the process of the maintenance,

moreover about how must be do it and which is the necessary equipment.

Furthermore it presents the different types of tests that must be do it in base to the

CFE protocol of electric substations. The different test are; rigidity of dielectric oil,

transformation relation and isolation resistance. This document is pretended to be a

guide for readers, in which case they can do a complete maintenance, from

observations till solutions of all.

Another important point in this text is energy quality, what is, why is important, how

it’s measure, the problems and solutions. Also it has topics as; potency factor,

distortion factor (THC – Total Harmonic Distortion), capacitors set, and others. Also

it describes the topics of security and protection, which are very helpful at the time

of work to avoid fatal accidents for people. Finally it describes the CFE rates, the

classification and how are divided around the country, the billing and the hour rates.

Key words

Electric substation

Energy quality

Transformer

6



Índice

Contenido temático

Dictamen de aprobación

Dedicatoria

Resumen

Palabras clave

Abstract

Key words

Lista de figuras

Lista de tablas

Introducción

Capítulo 1: Marco contextual

1.1Descripción de la empresa

1.2 Misión

1.3 Visión

1.4 Organigrama

1.5 Descripción de departamento

1.6 Actividades

1.7 Planteamiento del problema

1.8 Objetivo general

1.9 Objetivos específicos

Capítulo 2: Marco teórico

7



2.2 Calidad de la energía

2.3 Conceptos básicos de calidad de energía

2.4 Problemas de calidad de energía

2.5 Armónicos

2.6 Interarmónicos

2.7 Muescas de tensión (notching)

2.8 Ruido

2.9 Fluctuaciones de tensión

2.10 Sobre-voltaje

2.11 Bajo-voltaje

2.12 Depresiones

2.13 Interrupciones

2.14 Estudio de calidad de energía

2.14.1 Objetivo

2.14.2 Análisis de calidad de energía

2.15 Factor de potencia

2.15.1 ¿Qué es el factor de potencia?

2.15.2 ¿Qué es potencia?

2.15.3 Triangulo de potencias

2.15.4 Porque existe bajo factor de potencia

2.16 Protección y seguridad

2.16.1 Puesta a tierra

2.16.1 Supresores

2.17 Transformadores

8



2.17.1 Componentes de los transformadores eléctricos

2.18.1 Esquema básico y funcionamiento del transformador

Capítulo 3: Metodología

3.1 Calidad de la energía

3.2 Mantenimiento de subestaciones eléctricas

Capítulo 4: Resultados y discusiones

4.1 Reporte de calidad de energía

4.2 Reporte de mantenimiento de subestaciones eléctricas

Capítulo 5: Conclusiones y propuestas

5.1 Observaciones y recomendaciones calidad de energía

5.2 Observaciones y recomendaciones

Bibliografía

Lista de figuras

Figure 1. Organigrama Maz electricidad.

Figure 2. Armónicos sinusoidales.

Figure 3. Voltake flicker producido por interarmonicas.

Figure 4. Muesca de tensión.

Figure 5. Ruido eléctrico.

Figure 6. Fluctuaciones de tensión.

Figure 7. Sobre-voltaje.

Figure 8. Depresión de tensión.

Figure 9. Interrupción local e interrupción del suministrador.

Figure 10. Triangulo de potencias.

9



Figure 11. Formula FP.

Figure 12. Puesta a tierra.

Figure 13. Componentes básicos de un transformador.

Figure 14. Esquema básico del funcionamiento básico de un transformador.

Figure 15. Equipo analizador; Fluke 1735 Three-Phase Power Logger.

Figura 16. Equipo prueba relación de transformación; Megger TTR20 Hand-Held

Transformer Turns Ratio Tester.

Figura 17. Equipo prueba resistencia de aislamiento; Megger S1-552/2 5 kV high

current insulation resistance tester.

Figura 18. Equipo prueba rigidez dieléctrica del aceite; Megger OTS60SX.

Figura 19. Equipo prueba de tierras; MEGGER DET24C.

Lista de tablas

Tabla 1. Calculo de KVAR A DISTINTOS F. P. SUBESTACION 1500 KVA.

Tabla 2. Evaluación bancos de capacitores.

Tabla 3. Índice de absorción e índice de polarización.

10



Introducción

La energía eléctrica representa el principal insumo que mueve al mundo industrial;

sin ella, nuestras empresas se detendrían y las economías enteras entrarían en

crisis. Por eso es vital saber administrarla.

Aproximadamente el 55% de la energía eléctrica producida es consumida por los

sectores comercial e industrial. Por lo tanto el buen uso de la energía eléctrica le

permite, a su empresa, ser cada vez más competitiva, en una economía que tiende

a la globalización, así el ahorro de energía es una alternativa viable para reducir

costos de operación y mejorar los niveles de competitividad dentro del mundo

industrial. La calidad de la energía eléctrica puede definirse como una ausencia de

interrupciones, sobre tensiones y deformaciones producidas por armónicas en la

red y variaciones de voltaje RMS suministrado al usuario; esto referido a la

estabilidad del voltaje, la frecuencia y la continuidad del servicio eléctrico. Asimismo

se ha determinado que uno de los problemas más comunes que ocasiona el

desperdicio de energía eléctrica en las empresas es la calidad de esta, pues influye

en la eficiencia de los equipos eléctricos que la usan.

Actualmente, la calidad de la energía es el resultado de una atención continua; en

años recientes esta atención ha sido de mayor importancia debido al incremento del

número de cargas sensibles en los sistemas de distribución, las cuales por sí solas,

resultan ser una causa de la degradación en la calidad de la energía eléctrica.

Este documento da una introducción a los fenómenos de la calidad de la energía

eléctrica, como identificarlos, como deben de tratarse y que resultados pueden

obtenerse.

11



Capítulo 1: Marco contextual

1.1 Descripción de la empresa

Maz electricidad, o Electrifica, es una empresa dedicada a la elaboración de

proyectos eléctricos en la ciudad de Mazatlán Sinaloa. Fue fundada en 1995, y

actualmente se encuentra sobre Avenida Manuel J. Clouthier, #4204, en Lomas de

San Jorge.

La empresa se especializa en redes eléctricas de media y baja tensión,

subestaciones eléctricas, alumbrado público, uso eficiente de la energía, y desde

2014 en proyectos de instalación fotovoltaica.

Con respecto a la realización de redes eléctricas, Electrifica realiza desde la

elaboración del proyecto eléctrico, la instalación de la obra eléctrica, hasta los

tramites con CFE para colocar estas obras.

En lo que respecta a subestaciones, realizan de la misma manera los trabajos de

elaboración técnica del proyecto, la instalación de las subestaciones, y realiza los

trámites para la aprobación del proyecto por CFE; además de contar con un taller

de transformadores donde se realizan pruebas al transformador, revisión de tierras,

estructuras, aisladores eléctricos, cortacircuitos, fusibles y equipos de medición, es

decir, las condiciones generales del trasformador; y de esta manera, realiza reportes

sobre las condiciones de la subestación y ofrece el mantenimiento en caso de ser

requerida.

Los proyectos de alumbrado público se hacen a petición de inmobiliarias y a través

de la junta del H. Ayuntamiento de Mazatlán se realizan trámites para su proyectado

y construcción de dichos proyectos. Todas estas obras son realizadas siguiendo la

NOM-001-SEDE 2005 para instalaciones eléctricas.

12



En el ahorro de energía, se realizan actividades de corrección de factor de potencia,

inspecciones termográficas, análisis de sistemas de tierras, análisis de armónicas,

suspensores de transitorios y restauradores eléctricos.

A pesar de ser relativamente nuevos en la gestión de proyectos renovables,

Electrifica cuenta con un programa llamado Electrifica Solar, en el cual se realizan

proyectos de instalación de paneles fotovoltaicos, ya sean aislados o conectados a

red. Este programa se encuentra en crecimiento en la empresa.

Entre algunos de los clientes de Electrifica se encuentran, el gobierno del estado, el

ayuntamiento de Mazatlán, Mazatlán International Center, Café el Marino, IMSS,

Casas Coci, entre otros, lo cual demuestra la calidad en sus proyectos e

instalaciones.

1.2 Misión

Realizar proyectos e instalación de obra eléctrica en redes de baja y media tensión.,

incursionar en el mercado de generación de energía con la elaboración de proyectos

de energía fotovoltaica, y en el mercado de calidad de energía.

1.3 Visión

Ser la empresa líder en el Estado de Sinaloa y trascender a nivel nacional en el

mercado como proveedores de energía limpia ideando estrategias y soluciones

que contribuya a la mejora de la calidad de vida con nuevos métodos y tecnología

de manera sustentable.

13



1.4 Organigrama

Figure 1. Organigrama Maz Electricidad

1.5 Descripción de departamento

El departamento tiene por nombre “Calidad de energía y Mantenimiento” el cual

se encarga de resolver problemas en el área de baja y media tensión. Entre las

principales tareas de este departamento, se encuentran; el trabajo con armónicas

(THD – Total Harmonic Distortion), bancos de capacitores, supresores de picos de

tensión y corriente y el mantenimiento a subestaciones eléctricas. Este

departamento también trabaja con auxiliares, como son tierras físicas, centros de

carga, entre otros. En otras palabras se encarga de trabajar los fenómenos, causas

y consecuencias de la energía eléctrica, así como de los equipos de generación y

transformación de energía.

ING. GILDARDO ALAN

CAMACHO GASTELUM

RESPONSABLE DE OBRA

ELECTRICISTAS

AYUDANTES

LIC. DULCE GPE. ESPINOZA

GARATE

CONTADOR

LIC. ROSA ESTHER

PLASCENCIA ZAMUDIO

ING. JUAN LUIS GARCIA

TAPIA

JEFE DE PROYECTOS

SECRETARIA

ELECTRICISTAS

AYUDANTES

ALBAÑILES

AYUDANTES

RESPONSABLE DE OBRA RESPONSABLE DE OBRA

ING. RAMON GREGORIO

CHAVEZ PAEZ

JEFE DE INGENIERIA

ING. ROSENDO LOPEZ

LACHICAGERENTE DE PROYECTOS

ING. JUAN CARLOS LOPEZ

LACHICA

GERENTE COMERCIAL

ING. WALTER ALFREDO

CAMACHO GASTELUM

ING. PAUL ALONSO LEVA

RENDON

SR. ROSENDO LOPEZ ROCHA

DIRECTOR GENERAL

14



1.6 Actividades

1. Familiarización con procesos de la empresa.

2. Realización de pruebas en subestaciones eléctricas.

3. Mantenimiento a subestaciones eléctricas.

4. Uso del equipo de medición y programa Power Log para la obtención de

datos (Tensión, Corriente, FP, THC, Resistencia, entre otros) de

subestaciones eléctricas y centros de carga.

5. Uso del programa y el equipo Smart View Fluke para el manejo de imágenes

termografías en subestaciones eléctricas.

6. Uso del equipo de medición TTR MEGGER para las pruebas de relación de

transformación en subestaciones eléctricas.

7. Uso del equipo Insulation Tester MEGGER para las pruebas de resistencia

de aislamiento en subestaciones eléctricas.

8. Uso del equipo ASTM D1816 MEGGER para las pruebas de rigidez

dieléctrica del aceite de transformadores.

9. Secado de transformadores mediante un horno para remover la humedad.

10. Llenado de aceite dieléctrico a transformadores.

11. Pintado y rotulado a transformadores.

12. Estudios de Calidad de Energía.

13. Elaboración de reportes de Mantenimiento a subestaciones eléctricas

14. Elaboración de reportes de Calidad de energía.

1.7 Planteamiento del problema

La principal causa de daños en los equipos eléctricos y electrónicos es la calidad de

la energía. Podemos decir que existe un problema de calidad de la energía eléctrica

cuando ocurre cualquier desviación de la tensión, la corriente o la frecuencia que

provoque la mala operación de los equipos de uso final y deteriore la economía o el

15



bienestar de los usuarios; asimismo cuando ocurre alguna interrupción del flujo de

energía eléctrica. Los efectos asociados a problemas de calidad de la energía son:

Incremento en las pérdidas de energía.

Daños a la producción, a la economía y la competitividad empresarial

Incremento del costo, deterioro de la confiabilidad, de la disponibilidad y del

confort.

1.8 Objetivo general

Realizar mantenimientos a subestaciones eléctricas y estudios de calidad de

energía mediante la utilización de distintos equipos de medición, para obtener el

conocimiento apropiado para su realización.

1.9 Objetivos específicos

Realización de pruebas en subestaciones eléctricas.

Mantenimiento a subestaciones eléctricas.

Uso del equipo de medición y programa Power Log para la obtención de

datos (Tensión, Corriente, FP, THC, Resistencia, entre otros) de

subestaciones eléctricas y centros de carga.

Uso del programa y el equipo Smart View Fluke para el manejo de imágenes

termografías en subestaciones eléctricas.

Uso del equipo de medición TTR MEGGER para las pruebas de relación de

transformación en subestaciones eléctricas.

Uso del equipo Insulation Tester MEGGER para las pruebas de resistencia

de aislamiento en subestaciones eléctricas.

Uso del equipo ASTM D1816 MEGGER para las pruebas de rigidez

dieléctrica del aceite de transformadores.

Secado de transformadores mediante un horno para remover la humedad.

16



Llenado de aceite dieléctrico a transformadores.

Pintado y rotulado a transformadores.

Estudios de Calidad de Energía.

Capítulo 2: Marco teórico

2.1 Calidad de energía

La calidad de la energía se entiende cuando la energía eléctrica es suministrada a

los equipos y dispositivos con las características y condiciones adecuadas que les

permita mantener su continuidad sin que se afecte su desempeño ni provoque fallas

a sus componentes. Cuatro parámetros pueden servir como referencia para

clasificar los disturbios de acuerdo a su impacto en la calidad de la energía:

Variaciones de frecuencia que raramente ocurren en sistemas alimentados

por las compañías suministradoras, siendo más común que se encuentren

en sistemas aislados de motor-generador en los que las variaciones de carga

provocan variaciones de frecuencia.

Variaciones de amplitud pueden ocurrir en diferentes formas y rangos de

duración que van desde transitorios de muy corta duración hasta condiciones

de estado estable.

Variaciones en la forma de onda de voltaje o corriente producidas por cargas

no lineales, denominada distorsión armónica, siendo una condición de estado

estable.

17



Desbalanceo entre las fases de un sistema polifásico causado principalmente

por la operación de cargas monofásicas desiguales que afectan

principalmente a máquinas rotatorias y circuitos rectificadores trifásicos.

En México se cuenta con la Ley del servicio público de energía eléctrica y su

reglamento 1993, que define las condiciones de suministro de la energía eléctrica,

estableciendo en el capítulo V artículo 18 del suministro y venta de energía eléctrica

que el suministrador de energía eléctrica deberá ofrecer y mantener el servicio en

forma de corriente alterna en una, dos o tres fases, a las tensiones alta, media y

baja disponibles en la zona de que se trate observando que:

La frecuencia sea de 60 Hz, con una tolerancia de 0.8 % en más o menos.

Que las tolerancias en el voltaje de alta, media o baja tensión, no excedan

de 10% en más o en menos y tiendan a reducirse progresivamente. [2]

En la actualidad cada vez es más extendido el uso de equipo electrónico sensible y

continuamente las velocidades de procesamiento se incrementan por lo que es

indispensable que las instalaciones se realicen con apego a las normas, se cuente

con equipos de protección adecuado y se reduzcan los disturbios en el sistema

eléctrico, para lo cual es importante establecer una coordinación entre la compañía

suministradora, los fabricantes de equipos y los usuarios.

2.2 Conceptos básicos de calidad de energía

De acuerdo al libro esmeralda de la IEEE:

Calidad de energía (power quality):

18



Es el concepto de alimentación y de puesta a tierra de equipo electrónico sensible

en una manera que sea adecuado para su operación. [1]

Transitorio (transient o surge):

Un disturbio que ocurre en la forma de onda de CA con una duración inferior a medio

ciclo y que es evidente por la abrupta discontinuidad que presenta. Puede ser de

cualquier polaridad y puede ser aditiva o substractiva a la onda nominal. [1]

Ruido de modo común (common- mode noise):

Es el voltaje de ruido que aparece igualmente y en fase desde cada conductor activo

y tierra. [1]

Voltaje de recuperación (recovery voltage):

Es el voltaje que ocurre a través de las terminales de un polo del dispositivo de

interrupción del circuito en el evento de su apertura. [6]

Blindaje (shield):

Aplicado normalmente a cables de instrumentación, siendo una envoltura

conductora, usualmente metálica aplicada sobre el aislamiento de un conductor o

grupo de conductores, con el propósito de proporcionar un medio para reducir el

acoplamiento entre conductores blindados que pueden ser susceptibles a campos

electrostáticos o electromagnéticos no deseados y otros conductores. [7]

Tensión:

19



Diferencia de potencial eléctrico que tiene que existir entre dos partes activas de

una instalación, para que la corriente eléctrica circule por esa instalación. La tensión

se mide en Voltios, por lo que también es conocida como voltaje. [7]

Alta Tensión:

Tensión nominal superior a 34,500 V. [6]

Baja Tensión:

Suministros con tensión inferior a 1.000 V. [6]

Eficiencia Energética:

Es el conjunto de programas y estrategias para reducir la energía que emplean

determinados dispositivos y sistemas sin que se vea afectada la calidad de los

servicios suministrados. [7]

Potencia:

Capacidad de los aparatos eléctricos para producir trabajo, la cantidad de energía

entregada o absorbida por un aparato en un tiempo determinado. La unidad de

medida es el W (watt) o el kW (kilowatt). [6]

Potencia máxima:

También llamada potencia de punta. Es el valor de la mayor de las potencias

demandados durante un período en el punto del suministro. [1]

Potencia reactiva:

Es la potencia absorbida por un receptor y que no produce trabajo útil. [1]

20



kWh, Kilowatt hora:

Unidad de energía eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades, equivalente a

3,6 millones de Julios y que expresa la energía que desarrolla un equipo generador,

de 1000 Watts de potencia durante una hora, o consume un equipo consumidor de

la misma potencia durante una hora. Es la unidad de energía eléctrica utilizada para

medir el consumo de energía. [1]

Sistema de energía eléctrica:

Es una red eléctrica destinada a suministrar energía eléctrica a un conjunto de

receptores.[7]

Sistema de protección:

Dispositivo que protege frente a los efectos de las sobreintensidades y

sobretensiones que por distintas causas pueden producirse en las redes. [6]

Sobrecarga:

Producida cuando la suma de la potencia de los aparatos conectados a un circuito

supera a la potencia para la cual está diseñado el circuito de la instalación. [6]

Subestación:

Conjunto de equipos, incluido cualquier recinto necesario para la transformación,

conversión o regulación de energía eléctrica. [7]

21



Transformador:

Aparato que utiliza el acoplamiento magnético entre algunas de sus partes para

entregar energía eléctrica con tensión igual o distinta de la que la recibe. [7]

Monofásico:

Suministro de energía eléctrica que se realiza con una fase y un neutro (220 V). [7]

Trifásico:

Suministro de energía eléctrica que se realiza con tres fases. [7]

2.3 Problemas de calidad de energía

Podemos decir que existe un problema de calidad de la energía eléctrica cuando

ocurre cualquier desviación de la tensión, la corriente o la frecuencia que provoque

la mala operación de los equipos de uso final y deteriore la economía o el bienestar

de los usuarios; asimismo cuando ocurre alguna interrupción del flujo de energía

eléctrica. Los efectos asociados a problemas de calidad de la energía son:

Incremento en las pérdidas de energía.

Daños a la producción, a la economía y la competitividad empresarial

Incremento del costo, deterioro de la confiabilidad, de la disponibilidad y del

confort.

22



Estos problemas son causados principalmente por armónicos, interarmónicos,

muescas de tensión, ruido, fluctuaciones, sobrevoltajes, bajo voltaje, depresiones e

interrupciones.

2.4 Armónicos

Los armónicos son tensiones o corrientes sinusoidales cuya frecuencia es un

múltiplo integral de la frecuencia fundamental del sistema la cual, para el caso de

nuestro país es 60 Hz. Las formas de onda distorsionadas son descompuestas, de

acuerdo con Fourier, en la suma de una componente fundamental más las

componentes armónicas. La distorsión armónica se origina, fundamentalmente, por

la característica no lineal de las cargas en los sistemas de potencia.

El nivel de distorsión armónica se describe por el espectro total armónico mediante

las magnitudes y el ángulo de fase de cada componente individual. Es común,

además, utilizar un criterio denominado distorsión total armónica (THD) como una

medida de la distorsión.

23



Figure 2. Armónicos sinusoidales

Dentro de los efectos nocivos que presentan los armónicos, se pueden citar los

siguientes:

Pueden causar errores adicionales en las lecturas de los medidores de

electricidad, tipo disco de inducción.

Las fuerzas electrodinámicas producidas por las corrientes instantáneas,

asociadas con las diferentes corrientes armónicas, causan vibraciones y

ruido acústico en transformadores, reactores y máquinas rotativas.

Son la causa de interferencias en las comunicaciones y en los circuitos de

control.

Provocan la disminución del factor de potencia.

Están asociados con el calentamiento de condensadores.

24



Pueden provocar ferroresonancia.

Provocan calentamiento adicional debido al incremento de las pérdidas en

transformadores y máquinas.

Al incrementarse la corriente debido a los armónicos, se aumentan el

calentamiento y de las pérdidas en los cables. Como caso específico, se

puede mencionar la presencia de mayor corriente en los neutros de los

sistemas de baja tensión.

Causan sobrecargas en transformadores, máquinas y cables de los sistemas

eléctricos.

Los armónicos de tensión pueden provocar disturbios en los sistemas

electrónicos. Por ejemplo, afectan el normal desempeño de los tiristores.

2.5 Interarmónicos

Se llaman interarmónicos a las tensiones o corrientes con componentes de

frecuencia que no son múltiplos enteros de la frecuencia a la cual trabaja el sistema.

Los interarmónicos se pueden encontrar en redes de todas las clases de tensiones.

Las principales fuentes de interarmónicos son los convertidores estáticos de

frecuencia, los cicloconvertidores, los motores asincrónicos y los dispositivos de

arco.

Efectos de calentamientos, similares a los producidos por los armónicos, son

causados por los interarmónicos. Debido a que los interarmónicos son fuentes de

son fuentes de las fluctuaciones de tensión, se presenta alto riesgo de la generación

25



de fluctuaciones de luminancia molestas (flicker) en las fuentes de luz conectadas

a la misma red de alimentación.

Figure 3. Voltaje Flicker producido por interarmónicos.

2.6 Muescas de Tensión (Notching)

Son perturbaciones periódicas en la forma de onda de tensión, causadas por la

operación normal de los dispositivos de electrónica de potencia, cuando la corriente

es conmutada de una fase a otra. Como ocurren continuamente, son caracterizadas

por el espectro armónico de la tensión afectada. Generalmente son tratadas como

un caso especial ya que los componentes de frecuencia asociados a ellas pueden

ser tan altos que no son fácilmente detectados por los equipos de medición

normalmente utilizados para el análisis armónico.

Las muescas de tensión causan fallas en las CPU, impresoras láser y mal

funcionamiento de algunos equipos electrónicos. La eliminación de las muescas de

tensión implica el aislamiento, de los equipos sensibles, de la fuente que las está

produciendo. La inserción de inserción de reactancias inductivas también puede

servir como solución, para mitigar el efecto de las muescas.

26



Figure 4. Muescas de tensión.

2.7 Ruido

El ruido es una señal eléctrica indeseable con un contenido espectral inferior a 200

kHz superpuesto a la tensión o a la corriente del sistema en los conductores de las

fases o en los conductores neutros o líneas de señales.

Puede ser causado por dispositivos de electrónica de potencia, circuitos de control,

equipos de arco, cargas con rectificadores de estado sólido y fuentes conmutadas.

Una de las causas más frecuente de ruidos son los generadores de emergencia

baratos de baja calidad donde se manifiesta el efecto de las ranuras en la forma de

onda del voltaje de salida.

27



Figure 5. Ruido eléctrico.

2.8 Fluctuaciones de tensión

Las fluctuaciones de tensión son variaciones sistemáticas del envolvente de la

tensión o una serie de cambios aleatorios de la tensión cuya magnitud no excede

normalmente los rangos de tensión especificados por la norma ANSI C84.1. Las

cargas que muestran variaciones rápidas y continuas de la magnitud de la corriente

pueden causar variaciones de tensión que son frecuentemente denominadas

“flicker”. El término flicker se deriva del impacto de las fluctuaciones de tensión en

las lámparas al ser percibidas por el ojo humano como titilaciones.

Una de las causas más comunes de las fluctuaciones de tensión en los sistemas de

transmisión y distribución son los hornos de arco. En otros sistemas más débiles las

fluctuaciones se pueden deber a la presencia de equipos de soldadura por arco y

cargas similares.

La señal de flicker se define por su magnitud R.M.S. expresada como por ciento de

la tensión nominal. Típicamente magnitudes tan bajas como 0,5% de la tensión del

sistema pueden producir un titileo perceptible en las lámparas si la frecuencia está

en el rango de 6 a 8 Hz. El flicker de tensión se mide con respecto a la sensibilidad

del ojo humano.

28



Figure 6. Fluctuaciones de tensión

.

2.9 Sobre-voltaje

Un incremento en el valor eficaz (rms) del voltaje de corriente alterna a la frecuencia

del sistema con duración mayor a algunos segundos.

29



Figure 7. Sobrevoltaje

2.10 Bajo-voltaje

Un decremento en el valor eficaz (rms) del voltaje de corriente alterna a la frecuencia

del sistema con duración mayor a algunos segundos.

2.11 Depresiones.

Las depresiones consisten en una reducción entre 0,1 y 0,9 p.u. en el valor R.M.S.

de la tensión o corriente con una duración de 0,5 ciclo a un minuto. Las depresiones

de tensión son normalmente asociadas a fallas del sistema, a la energización de

grandes cargas, al arranque de motores de elevada potencia y a la energización de

transformadores de potencia.

Los efectos nocivos de las depresiones de tensión dependen de su duración y de

su profundidad, estando relacionados con la desconexión de equipos de cómputo,

PLC y contactores entre otros dispositivos. También presenta efectos sobre la

velocidad de los motores. Diferentes posibilidades existen para mitigar los efectos

de los sags. La primera consiste en estabilizar la señal de tensión a través de

acondicionadores de red, los cuales existen con diferentes principios y tecnologías.

30



Figure 8. Depresión de tensión.

2.12 Interrupciones

Una interrupción ocurre cuando la tensión o la corriente de la carga disminuyen por

un período de tiempo que no excede un minuto. Las interrupciones pueden ser el

resultado de fallas en el sistema, equipos averiados o debidas al mal funcionamiento

de los sistemas de control. Las interrupciones se caracterizan por su duración ya

que la magnitud de la tensión es siempre inferior al 10% de su valor nominal.

El recierre instantáneo generalmente limita la interrupción causada por una falla no

permanente a menos de 30 ciclos. La duración de una interrupción motivada por el

funcionamiento indebido de equipos o pérdidas de conexión es irregular.

31



Figure 9. Interrupción local e Interrupción del suministrador.

2.13 Estudio de calidad de energía

2.13.1 Objetivo

Evaluar los problemas de calidad eléctrica: transitorios, armónicas, regulación de

voltaje, consumo, factor de potencia, revisión del sistema de tierras y fluctuaciones

dinámicas de voltaje, para determinar la afectación que tiene sobre el sistema y

equipos finales y verificar que cumplan con la norma provisional de CFE L0000-45

"perturbaciones permisibles en la forma de onda de tensión y corriente del

suministro de energía eléctrica".

2.13.2 Análisis de calidad eléctrica

El análisis de calidad eléctrica deberá estar enfocado a cumplir con las normas

nacionales e internacionales principales a este respecto. El análisis cumplirá los

siguientes puntos:

32



Análisis previo:

Se discutirá con los usuarios los antecedentes que se han detectado

referente a todos y cada uno de los problemas que se atribuyen a una mala

calidad de energía eléctrica.

Inspección visual:

Se llevará a cabo una inspección visual y levantamiento de información al

respecto a la instalación eléctrica y equipos afectados.

Mediciones:

Las mediciones de campo que se efectuaran se realizarán en las siguientes

etapas:

Neutro y tierra:

o Medición del conductor de neutro y tierra

o Diferencia de potencial entre neutro y tierra

Parámetros eléctricos:

o Voltaje por fase y trifásico

o Intensidad por fase y trifásico

o Factor de potencia por fase y trifásico

o Potencia activa por fase y trifásico

o Potencia aparente por fase y trifásico

o Potencia reactiva por fase y trifásico

Armónicas:

33



o Distorsión armónica total en tensión e intensidad por fase

o Contenido armónico en tensión e intensidad hasta la armónica 25 en cada

una de las fases

o Distorsión armónica total en los conductores de neutro y tierra

o Distorsión armónica individual hasta la armónica 25 en los conductores

de neutro y tierra

Transitorios:

Se medirán transitorios de voltaje y corriente simultáneamente en todas las

fases. Todos los eventos transitorios, deberán ser capturados como mínimo con

una resolución de ½ ciclo y deberá tenerse un registro simultáneo de cada una

de las fases.

o Perfil de voltaje mínimo, promedio y máximo

o Sobre voltajes / Caídas de voltaje

o Sags

o Swells

o Impulsos

Microinterrupciones:

Todas las mediciones realizadas se efectuarán en condiciones normales de

carga.

2.14 Factor de potencia

2.14.1 ¿Qué es el factor de potencia?

34



Es un indicador cualitativo y cuantitativo del correcto aprovechamiento de la energía

eléctrica. También podemos decir, el factor de potencia es un término utilizado para

describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

2.14.2 ¿Qué es Potencia?

La potencia se puede definir como la capacidad para efectuar un trabajo, en otras

palabras, como la razón de transformación, variación o transferencia de energía por

unidad de tiempo. Existen tres tipos de potencia:

Potencia Activa

Los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras formas

de energía como: mecánica, lumínica, térmica, química, entre otras. Esta energía

corresponde a la energía útil o potencia activa o simplemente potencia, similar a la

consumida por una resistencia.

Potencia Reactiva

Los motores, transformadores y en general todos los dispositivos eléctricos que

hacen uso del efecto de un campo electromagnético, requieren potencia activa para

efectuar un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es utilizada para la

generación del campo magnético, almacenaje de campo eléctrico que en sí, no

produce ningún trabajo. La potencia reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia

activa.

Potencia Aparente

Es la que resulta de considerar la tensión aplicada al consumo de la corriente que

éste demanda. Es también la resultante de la suma de los vectores de la potencia

activa y la potencia reactiva.

35



2.14.3 Triángulo de Potencias

El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma

gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos) y su estrecha relación con

los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.

Figure 10. Triángulo de potencias.

Como se podrá observar la figura 10, el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos)

representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente la potencia

activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia

real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado

a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puede representar

también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:

Figure 11. Fórmula FP.

36



El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en

dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo

en específico, según contenga un circuito inductivo, resistivo, o una combinación de

ambos. Ese número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”,

equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).

Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un

decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor

de potencia correspondiente al defasaje en grados existente entre la intensidad de

la corriente eléctrica y la tensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.

Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor

optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría

menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los

generadores que producen esa energía.

2.14.4 ¿Por qué existe bajo factor de potencia?

La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone

en funcionamiento elementos como: motores, transformadores, lámparas

fluorescentes, equipos de refrigeración, entre otros. Cuando la cantidad de estos

equipos es apreciable, un alto consumo de energía reactiva puede producirse como

consecuencia. Entre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia

podemos mencionar los siguientes:

Aumento en la corriente, incrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales

son una función del cuadrado de la corriente, ejemplo:

37



o Los cables entre el medidor y el usuario.

o Los embobinados de los transformadores de distribución.

o Dispositivos de operación y protección.

Aumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente suministro de

potencia a las cargas, éstas sufren una reducción en su potencia de salida.

Esta caída de tensión afecta a:

o Embobinados de transformadores de distribución.

o Cables de alimentación.

o Sistema de protección y control.

Estas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de energía

eléctrica. El productor penaliza al usuario con factor de potencia bajo

haciendo que pague más por su electricidad.

2.15 Protección y seguridad

2.15.1 Puesta a tierra

La puesta a tierra es esencial para obtener un desempeño seguro y satisfactorio en

el sistema de potencia, debiendo cumplir con tres requerimientos:

1. Proporcionar una trayectoria de baja impedancia a las corrientes de falla, de

forma que los dispositivos de protección de sobre-corriente operen

oportunamente.

38



2. Mantener una diferencia de potencial baja entre las partes metálicas

expuestas para evitar daños al personal.

3. Controlar el sobre-voltaje.

Figure 12. Puesta a tierra

La puesta a tierra de equipo sensible tal como equipo de procesamiento de

información, involucra otro aspecto, ya que cuenta con líneas de comunicación con

otros equipos que cuentan con su propio conductor de referencia cero que puede o

no estar unido a la tierra de seguridad del equipo, por lo que puede haber una

trayectoria común entre los circuitos de señal y los circuitos de alimentación,

provocando problemas de ruido por acoplamiento. Las líneas de datos conducen

señales de alta frecuencia, de forma que las consideraciones de impedancia de

puesta a tierra para la alimentación y seguridad en el equipo puede que no

proporcionen la baja impedancia deseada a la frecuencia de la señal.

2.15.2 Supresores de picos

Se trata de un dispositivo especializado en tratar los siguientes problemas:

Alto Voltaje Momentáneo (Surge):

39



También conocido como pico. Los picos pueden ser producidos por una

rápida reducción de las cargas, cuando el equipo pesado es apagado por

voltajes que van por arriba del 110 % del nominal. Los resultados pueden ser

daños al hardware.

Bajo Voltaje Sostenido (Undervoltage):

Bajo voltaje sostenido en la línea por periodos extendidos de unos cuantos

minutos, hasta días. Puede ser causado por una reducción intencional del

voltaje para conservar energía durante los periodos de mayor demanda. El

bajo voltaje sostenido puede causar daños a los equipos.

Sobre Voltaje Sostenido (Overvoltage):

Sobre voltaje en la línea por periodos largos. Puede ser causado por un

relámpago y puede incrementar el voltaje de la línea hasta 6000 volts en

exceso. El sobre voltaje casi siempre ocasiona pérdida de la información y/o

daño del hardware.

Ruido Eléctrico (Line Noise)

Significa interferencia de alta frecuencia causada por RFI ó EMI. Puede ser

causada por interferencia producida por transmisores, máquinas de soldar,

impresoras, relámpagos, etc. Introduce errores en los programas/archivos,

así como daños a los componentes electrónicos.

Transiente (Switching Transient)

Es la caída instantanea del voltaje en el rango de los nanosegundos. La

duración normal es más corta que un pico. Puede originar comportamiento

40



extraño del equipo de cómputo y coloca estrés en los componentes

electrónicos quedando propensos a fallas prematuras.

2.16 Transformadores

El transformador es una máquina eléctrica basada en el fenómeno de la inducción

234 Tecnología eléctrica mutua y destinado para transformar la tensión de una

corriente alterna, pero conservando la misma frecuencia y potencia. El

transformador más simple consta de un núcleo de acero y dos devanados aislados,

tanto del núcleo como entre sí. [18]

Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada en

magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones

deseadas, en el devanado secundario. La importancia de los transformadores, se

debe a que, gracias a ellos, ha sido posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su

utilización hizo posible la realización práctica y económica del transporte de energía

eléctrica a grandes distancias.

2.16.1 Componentes de los transformadores

eléctricos

Los transformadores están compuestos de diferentes elementos. Los

componentes básicos son:

41



Figure 13. Componentes básicos de un transfomador

Núcleo:

Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas entre

ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas,

que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la

parte donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para

conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor magnético.

Devanados:

El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de

sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz.

Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de

vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará la

relación de transformación. El nombre de primario y secundario es

totalmente simbólico. Por definición allá donde apliquemos la tensión de

entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el

secundario.

2.16.2 Esquema básico y funcionamiento del

transformador

Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Al aplicar una

fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un

flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado

primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo

42



electromagnética en el devanado secundario. Según la Ley de Lenz, necesitamos

que la corriente sea alterna para que se produzca esta variación de flujo. En el

caso de corriente continua el transformador no se puede utilizar.

Figure 14. Esquema básico de funcionamiento de un transformador

Capítulo 3: Metodología

3.1 Calidad de energía

Después de realizar un estudio de calidad de energía y haber detectado el problema

se procede a las posibles soluciones. Durante el estudio se detectan fallas en

tensión, corriente, armónicas, factor de potencia, potencia y frecuencia. Para la

realización de este estudio se necesita un equipo especializado que cuente con la

tecnología para poder realizarlo, a continuación se presenta un equipo desarrollado

únicamente para la calidad de energía.

43



Figure 15. Equipo analizador; Fluke 1735 Three-Phase Power Logger

Con este dispositivo se procede a hacer un análisis de los diversos factores que

influyen en la calidad de energía, posteriormente se realiza un reporte. En base a

este reporte se trabaja en las soluciones, los problemas más comunes son el voltaje,

corriente, factor de potencia y armónicas. Para este tipo de problemas se han

desarrollado equipos especializados para ser tratados, a continuación se presentan

los reguladores de voltaje, filtros de armónicas, bancos de capacitores para la

corrección del factor de potencia y supresores de picos.

3.2 Mantenimiento a subestaciones eléctricas

Anteriormente se detalló el tema de transformadores, por lo que su

mantenimiento es necesario. Para un mantenimiento eficaz se necesitan

equipos especializados que cuenten con la tecnología para realizar las pruebas

en los transformadores, como son; prueba de relación de transformación, prueba

de tierras, prueba de resistencia de aislamiento y la prueba de rigidez dieléctrica

44



del aceite. A continuación se muestran los equipos utilizados en los

mantenimientos.

Figure 16. Equipo prueba relación de transformación; Megger TTR20 Hand-Held Transformer Turns Ratio

Tester

Figure 17. Equipo prueba resistencia de aislamiento; Megger S1-552/2 5 kV high current insulation resistance

tester

Figure 18. Equipo prueba rigidez dieléctrica del aceite; Megger OTS60SX

45



Figure 19. Equipo prueba de tierras; MEGGER DET24C

Con los dispositivos mencionados anteriormente se procede a realizar las pruebas

en los transformadores, posteriormente se realiza un reporte y en base a este

reporte se trabaja en las soluciones.

Capítulo 4: Resultados y discusiones

4.1 Reporte calidad de energía

A continuación se presenta un ejemplo de un reporte de calidad de energía realizado

en la empresa “SUGAR FOODS” el día 27 de Octubre de 2015, el siguiente reporte

especifica cómo es que se realiza un estudio de calidad de energía, sus resultados

y sus posibles soluciones.

46



RESUMEN EJECUTIVO

Con el fin de analizar la calidad de energía eléctrica en las instalaciones de SUGAR

FOODS, se elaboró el siguiente reporte en base a las mediciones de distintos

parámetros eléctricos realizadas en el TRANSFORMADOR #1 DE 1500 KVA

durante el mes de Octubre del 2015.

OBJETIVO

El objetivo primordial de este reporte es que mediante el estudio realizado se revise

la calidad de energía en el transformador que distribuye la corriente al interruptor

principal de las instalaciones, y en base a esto realizar recomendaciones para

mejorar la calidad y protección de la energía en la red eléctrica.

INFORMACIÓN DEL PUNTO DE MEDICIÓN

Las mediciones se llevaron a cabo en la subestación principal en el transformador

#1 de 1500 KVA con las siguientes especificaciones:

DATOS DE TRANSFORMADOR

MARCA IMEM

TIPO ESTACIÓN

No. DE FASES 3 (TRES)

CAPACIDAD 1500 KVA

TENSIONES PRIMARIO: 13,200 V

SECUNDARIO: 480/277 V

No. SERIE 495786

ACEITE (LTS) 480

47



CALIDAD DE SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Se describe el procedimiento para realizar el servicio de mediciones.

1.- Se procede a conectar transformadores de corriente y pinzas de voltaje del

equipo registrador en las terminales del secundario del interruptor. Se programa el

equipo para realizar mediciones de los parámetros voltaje, corriente, potencia

aparente, potencia activa, potencia reactiva, factor de potencia, distorsión armónica

de voltaje y de corriente durante 48 horas que es el tiempo en el que opera

comúnmente el equipo. La finalidad es que al término de estas mediciones se

verifique el registro y en el caso de encontrar algún disturbio enfocarnos en él para

mitigarlo o en dado caso solucionarlo por completo.

48



MEDICIÓN DE VOLTAJE

El voltaje nominal del transformador es de 480/277Volts. Un rango de variación de

voltaje considerado como recomendable y dentro de los límites para un correcto

funcionamiento de los equipos es un 5% arriba o por debajo por lo que el voltaje de

fase a neutro que entrega este interruptor debería estar en un rango entre 263.15 y

290.85 Volts. Revisando las gráficas de medición de voltaje nos encontramos que

el rango de oscilación de voltaje de fase a neutro que entrega el transformador es

de 211.50 a 274.47 Volts, con una desviación máxima de -20.09%.

Tensión

L1MED

Tensión L2

MED

Tensión L3

MED NOMINAL DESVIACIÓN ESTANDAR

PROMEDIO 267.91 263.06 270.03 277 5.19 3.45 5.94

MAX 272.32 274.45 274.47 277 6.73 7.45 7.46

MIN 264.16 211.50 265.88 277 3.85 -20.09 4.47

49



MEDICIÓN DE CORRIENTE

El medidor registró una corriente media de 467.79 Amperes con un máximo de

620.41 Amperes y un mínimo de 233.36 Amperes. Presentando una desviación

máxima de 3.13%.

MEDIA

DESVIACIÓN ESTANDAR (%)

Corriente

L1MED

Corriente

L2 MED

Corriente

L3 MED L1 L2 L3

PROMEDIO 453.58 471.42 478.35 467.79 -3.13 0.77 2.21

MAX 601.09 630.68 629.46 620.41 -3.21 1.63 1.44

MIN 231.00 228.55 240.55 233.36 -1.02 -2.11 2.99

50



MEDICIÓN DE POTENCIA ACTIVA

Se registró una potencia activa promedio media de 324.540KW, presentando un

máximo de 435.469 KW y un mínimo medio de 152.836 KW.

Potencia

Activa

L1 MED

Potencia

Activa

L3 MED

Potencia

Activa

L3 MED

Potencia

Activa

TOTAL

PROMEDIO 104.820 108.653 111.066 324.540

MAX 140.203 149.105 146.160 435.469

MIN 50.727 47.127 54.850 152.836

51



MEDICIÓN DE POTENCIA APARENTE

Se registró una potencia aparente promedio media de 324.54 KVA, presentando un

máximo de 435.46 KVA y un mínimo medio de 152.83 KVA.

Potencia

Aparente

L1 MED

Potencia

Aparente

L2 MED

Potencia

Aparente

L3 MED

Potencia

Aparente

TOTAL

PROMEDIO 121.44 124.38 129.08 374.90

MAX 159.90 169.26 168.74 497.91

MIN 62.31 56.61 65.45 184.51

52



MEDICIÓN DE POTENCIA REACTIVA

Se registró una potencia reactiva promedio media de 186.628 KVAR, presentando

un máximo de 240.28 KVAR y un mínimo medio de 103.48 KVAR.

Potencia

Reactiva

L1 MED

Potencia

Reactiva

L2 MED

Potencia

Reactiva

L3 MED

Potencia

Reactiva

TOTAL

PROMEDIO 61.116 60.178 65.333 186.628

MAX 77.040 79.789 84.436 240.283

MIN 36.392 31.025 35.738 103.483

53



MEDICIÓN DE FACTOR DE POTENCIA

Se registró una factor de potencia promedio medio de 86%, presentando un máximo

de 89% y un mínimo medio de 79%.

FP L1

MED

FP

L2 MED

FP

L3 MED

FP

TOTAL

PROMEDIO 0.86 0.87 0.86 0.86

MAX 0.89 0.89 0.88 0.89

MIN 0.78 0.79 0.79 0.79

54



MEDICIÓN DE DISTORCIÓN ARMÓNICA TOTAL DE VOLTAJE

La distorsión armónica total de voltaje promedio registrada en cada una de las fases

esmenor al 5 %. Según los estándares de la IEEE en su norma 519 como en la

norma L00045 de la CFE los límites de la distorsión armónica total de voltaje para

tensiones menores a 69 KV en la acometida son de 5%.

THD V

L1 MED

THD V

L2 MED

THD V

L3 MED

PROMEDIO 1.03 1.90 1.26

MAX 1.50 13.40 1.70

MIN 0.50 0.70 0.70

55



MEDICIÓN DE DISTORCIÓN ARMÓNICA TOTAL DE CORRIENTE

La distorsión armónica total de corriente promedio registrada en cada una de las

fases es menor al 10 %. Estos valores se consideran normales ya que según los

estándares de la IEEE en su norma 519 como en la norma L00045 de la CFE los

límites de la distorsión armónica total de armónicas para tensiones menores a 69

KV en la acometida son de 10%.

THD A

L1 MED

THD A

L2 MED

THD A

L3 MED

PROMEDIO 4.85 5.93 6.45

MAX 9.10 12.00 12.00

MIN 1.60 2.10 2.60

56



4.2 Reporte mantenimiento a subestaciones eléctricas

En este reporte se presentan las actividades realizadas el día 05 de Diciembre de

2015 durante el servicio de mantenimiento preventivo a subestación eléctrica del

HOSPITAL NAVAL, de igual forma se incluyen observaciones y recomendaciones

para mantener en buenas condiciones la instalación de esta subestación eléctrica.

Esta subestación consta de un punto de conexión en transición aéreo subterráneo

trifásico ubicado en red de media tensión, 13200 V de CFE, para la alimentación de

un transformador con las características indicadas a continuación:

DATOS DE TRANSFORMADOR 1

MARCA PROLEC

TIPO PEDESTAL

No. DE FASES 3

CAPACIDAD 300 KVA

TENSIONES 13,200 V

440/254 V.

No. SERIE KJ53-11-001

Se describe el procedimiento para realizar el servicio de mantenimiento preventivo.

1.- Se revisan voltajes en el secundario de cada transformador para proceder a

desconectar los equipos que alimenta esta subestación , se abre cada uno de los

interruptores termo magnéticos dentro del tablero de distribución que protegen los

circuitos secundarios para finalizar con el interruptor principal.

2.- Se procede a desconectar las cuchillas en transición para des energizar la

alimentación primaria que va hacia el transformador de 300 KVA., se revisan los

fusibles y se verifican las condiciones de las cuchillas y apartarrayos.

3.- Se desconecta la alimentación primaria del transformador y también los circuitos

secundarios para proceder a realizar las pruebas eléctricas de relación de

transformación y nivel de aislamiento en el transformador.

57



4.- Se procura limpiar la válvula de muestreo para tomar muestra de aceite del

transformador. Se verifica apariencia visual y que no existan residuos tales como

lodo en la muestra. Los resultados de la prueba de rigidez dieléctrica de la muestra

del aceite tomado se entregarán en protocolo de pruebas adjunto a este reporte.

5.- Se vuelve a conectar la alimentación primaria así como secundaria del

transformador procurando la limpieza en las terminales y dejar firmemente

apretadas cada una de las conexiones.

6.- Se revisa las condiciones de tierra física de toda la subestación, buscando algún

deterioro en el cable o en las conexiones.

7.- Se revisa por última vez las conexiones eléctricas para posteriormente proceder

a conectar la red de media tensión mediante la transición aérea subterráneo.

Se revisan voltajes en las terminales de baja tensión de cada transformador

comparando los datos obtenidos con los arrojados antes del servicio de

mantenimiento y corroborando estos datos con los de la placa de datos del

transformador.

Una vez verificados los voltajes se procede a cerrar uno por uno los interruptores

termo magnéticos que protegen los circuitos secundarios.

Capítulo 5: Conclusiones y propuestas

5.1 Observaciones y recomendaciones calidad de energía

El voltaje se encuentra ligeramente fuera del rango de los límites aceptados para un

buen funcionamiento de los equipos que van de 480/277 volts, con un rango de

variación promedio arriba del 5%, esto puede ser debido a un mal suministro de

voltaje de CFE y/o una mala relación de transformación, se recomienda bajar la

58



posición del cambiador de posiciones del transformador en alguna libranza

programada.

La corriente se encuentra considerablemente balanceada.

La potencia del transformador se considera sobrada para la demanda consumida

por los equipos ya que se presentó un factor de utilización máximo del 33%.

La demanda de reactivos de este transformador es en promedio de 187 KVARS con

un máximo registrado de 240 KVARS.

La medición tomada en cuanto a Factor de Potencia muestra que se tiene un

promedio de 86%, y una demanda máxima de 498 kW, se muestra una tabla con la

cantidad de KVARS necesario para elevar el factor de potencia a diferentes niveles

en este transformador.

CÁLCULO DE KVAR A DISTINTOS F.P. SUBESTACION 1500 KVA

Mes kW F.P. kVAR /F.P.

0.9 0.91 0.92 0.93 0.95 0.97 0.98 0.99 1

Transformador 1 497.91 86.00 54 69 83 99 132 171 194 224 295

Tabla 1. Calculo de KVAR A DISTINTOS F. P. SUBESTACION 1500 KVA

En la evaluación de banco de capacitores se tiene que el balance es muy bueno

pero en cuanto al nivel de vida se tiene un porcentaje de 51%, lo que significa que

está entregando solamente el 51% de los reactivos, siendo recomendable la

sustitución, se muestra en la tabla siguiente.

Tabla 2. Evaluación bancos de capacitores

59



Con respecto al contenido armónico de voltaje no se encuentra ningún problema ya

que está por debajo del 5 % que es el límite aceptable. Estos límites son

recomendados por la IEEE en su norma 519 como en la norma L00045 de C.F.E.

En cuanto al contenido armónico de corriente, se por debajo del 10% que es el límite

recomendado por la IEEE en su norma 519 como en la norma L00045 de C.F.E.

5.2 Observaciones y recomendaciones mantenimiento a

subestaciones eléctricas

TRANSFORMADOR 300 KVA

PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACION (TTR)

Se realizaron pruebas en la posición 3 del cambiador de derivaciones suponiendo

una conexión de los devanados en DELTA-ESTRELLA. Los valores arrojados están

dentro del rango de la máxima diferencia permitida por NORMA con respecto a los

valores nominales la cual es de 0.5%.

PRUEBA DE AISLAMIENTO (MEGGER)

El nivel de aislamiento arrojado a un minuto de cada una de las pruebas se puede

tomar como regular considerando la clase de aislamiento del transformador

sumergido en aceite en base a los valores mínimos de aislamiento recomendados

por NORMA.

Los índices de absorción arrojaron resultados que se pueden catalogar como de

dudosos ya que estuvieron en el rango de 1.13, los valores aceptados como de

regular a excelente van en el rango de 1.25 a mayor de 1.6, con respecto a los

índices de polarización arrojan resultados que se pueden catalogar como pobre a

regular, los valores obtenidos se encuentran en el rango de 1.32 y 2.52, los valores

aceptados como de regular a excelente van en el rango de 2 a mayor de 4.

60



Condiciones índice de absorción índice de polarización

Peligro …………. menos de 1

Pobre menos de 1.1 menos de 1.5

Dudoso 1.1 a 1.25 1.5 a 2

Regular 1.25 a 1.4 2 a 3

Bueno 1.4 a 1.6 3 a 4

Excelente arriba de 1.6 arriba de 4

Tabla 3. Índice de absorción e índice de polarización.

Se le aplicó prueba de resistencia eléctrica al sistema de tierra del transformador y

de tableros, así como de continuidad.

Los resultados obtenidos estuvieron en el rango de 0.14 Ω, por lo que se determina

que se encuentra en excelente estado, de acuerdo con la inspección física el cable

no presenta corrosión, es del calibre adecuado para cumplir con su función

óptimamente y opera dentro del rango de valores aceptable que es de 0 a 10 Ω.

Bibliografía

[1] IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality (IEEE Std.

1159-1995). Institute of Electrical and Electronics Engineers. ISBN 1- 55937-549-3.

Estados Unidos, 1995.

[2] Secretaria General. Secretaria de Servicios Parlamentarios. (2012). Ley del

Servicio Público de Energía Eléctrica. En Ley del Servicio Público de Energía

Eléctrica (24). Distrito Federal, México.: Cámara de Diputados del H. Congreso de

la Unión.

61



[3] Electrical Power Systems Quality. Roger C. Dugan, Mark F. Mc Granaghan,

Surya Santoso, H. Wayne Beaty. Ed. Mc Graw -Hill. Estados Unidos, 1996.

[4] Característica de la tensión suministrada por las redes generales de

distribución (UNE-EN 50160). Ed. AENOR. España, 2001.

[5] NEMA Standards Publication ANSI/NEMA MG 1-2003, “Motors and

Generators“. National Electrical Manufacturers Association. Estados Unidos, 2004.

[6] IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in

Electric Power Systems (IEEE Std. 519-1992). Institute of Electrical and

Electronics Engineers. ISBN 1-55937-239-7. Estados Unidos, 1993.

[7] IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plant

(IEEE Std.141-1994). ISBN 1-55937-333-4. New York, USA, 1994.

[8] UPME. (2000). Calidad de la energía eléctrica. 10 de diciembre de 2015, de

COLCIENCIAS Sitio web: http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Docs/calidad.pdf

[9] Ing. Eugenio Téllez Ramírez. (2001). CALIDAD DE LA ENERGIA. 9 de

diciembre de 2015, de AP&C Sitio web:

http://www.watergymex.org/contenidos/rtecnicos/Optimizando%20la%20Operacion

%20y%20el%20Mantenimiento/Calidad%20de%20la%20Energia.pdf

[10] Santiago Barcón, Rafael Guerrero, Iván Martínez. (2011). CALIDAD DE LA

ENERGIA; Factor de potencia y filtrado de armónicas. México: Apolo.

62



[11] L.I. Eguíluz M. Magaña, P.Benito y J.C. Lavandero “El factor de potencia del

sistema, su relación con las pérdidas de distribución en redes distorsionadas y

efectos del empleo de condensadores en la mejora del fp”. E.T.S.I.I.T. Universidad

de Cantabria.

[12] P.S. Filipski, “Polyphase apparent power and power factor under distorted

waveform conditions”. IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 6, No. 3, July 1991.

[13] Albert F. Spitta - Günter G. Seip. Instalaciones Eléctricas, Tomo I Roberto

Aguilar Mercado (1987 ). “ El Watthorímetro “. Editorial Limusa, S.A. de C.V.

[14] David A. Bell. ( 1988 ). “Fundamentals of Electric Circuits”. Fourth Edtion.

Prentice - Hall, INC. Englewood Cliffs, New Jersey 07632.

[15] CFE. (2000). FACTOR DE POTENCIA. 4 de diciembre de 2015, de CFE Sitio

web:

http://www.cfe.gob.mx/Industria/AhorroEnergia/Lists/Ahorro%20de%20energa/Atta

chments/3/Factordepotencia1.pdf

[16] Protección de sistemas eléctricos de potencia. Mujal Rosas, Ramón Mª.

Ediciones UPC. Aula Politécnica (2002).

[17] Tecnología eléctrica. Mujal Rosas, Ramón Mª. 1º edición. Ediciones UPC.

Aula Politécnica (2000).

[18] Ramón Mª Mujal Rosas . (1999). Transformadores. En Tecnología eléctrica

(455). Mexico: AP&C.

calidad de energÍa y mantenimiento a subestaciones...

Documents