Contador Ferraris vs. Contador Digital

Análisis de una medición de potencia en un gran cliente industrial

En este informe técnico se realiza el análisis de una medición de potencia en un gran cliente industrial. El cliente experimenta corrientes y tensiones del quinto armónico muy grandes durante el tiempo de producción, lo que provoca una mala calidad de la energía. El quinto armónico alcanza hasta 26 voltios y representa más del diez por ciento de la potencia total.

Fondos

Los antecedentes de la medición se remontan a una situación en la que una empresa eléctrica había construido una nueva estación y había puesto en funcionamiento dos contadores de energía en serie durante un periodo de dos meses. La antigua estación tenía un contador Ferraris, mientras que la nueva tenía un contador electrónico. Cuando se midió la energía en paralelo, se observó que el contador electrónico contaba un ocho por ciento menos de energía que el contador Ferraris. Tras realizar más pruebas y recalibrar los contadores, se determinó que seguía existiendo esta gran discrepancia. Para aclarar esta discrepancia, se realizó una medición de la calidad de la energía (véase la figura 1).

Figura 1: Quinto armónico de un cliente industrial durante el tiempo de producción con una corriente de 400 amperios y una tensión de 26 V

Los analizadores de redes permiten cuantificar los armónicos

Nuestros analizadores de redes móviles de la familia PQ Boxes permiten cuantificar la tensión y la corriente de estos armónicos, teniendo en cuenta el ángulo de fase Phi. Con esta información, es posible calcular con precisión la potencia activa. El gráfico siguiente (Figura 2) ilustra el cálculo de la potencia activa a partir de los datos medidos. El gráfico muestra la potencia activa de las fases individuales y la potencia trifásica del quinto armónico (250 Hz). El análisis da como resultado una potencia activa de -23,3 kW. Según la definición, un valor negativo corresponde a una recuperación de 23 kW de potencia activa en la red aguas arriba por parte del cliente industrial a una frecuencia de 250 Hz.

Figura 2: Cálculo de la potencia activa, la potencia monofásica y la potencia trifásica del quinto armónico

Análisis de datos de medición

Figura 3: Potencia activa de la oscilación fundamental

En los datos de medición actuales, la potencia total del cliente es positiva, lo que refuta la hipótesis de una configuración incorrecta de la conexión. La representación visual muestra una suma de potencia activa positiva, mientras que el quinto armónico discurre en sentido contrario con signo negativo (Figura 3).

¿Es necesario restar cuadráticamente esta potencia activa armónica de la potencia activa sumada? En este contexto, no es necesario sumar cuadráticamente los armónicos para calcular la potencia. Utilizando la potencia total, se puede restar directamente la potencia del quinto armónico. Este enfoque se ajusta a las posibilidades que ofrecen los analizadores de potencia modernos y permite cuantificar con precisión las influencias de los armónicos en el nivel de potencia (Figura 4).

Figura 4: Cálculo de la potencia activa de banda ancha

El gráfico de la Figura 5 ilustra un diagrama nivel-tiempo que muestra la progresión a lo largo de una semana. Los dos colores del gráfico representan la potencia total. El valor de mayor potencia en morado muestra la potencia activa fundamental, mientras que el de menor potencia activa muestra la potencia activa de banda ancha (es decir, incluidas todas las potencias armónicas).

Figura 5: Rango de potencia total con indicación de la potencia total (azul) y la potencia activa (rojo)
Figura 6: Diagrama de tiempo de nivel de la potencia total

Este cliente extrae una mayor potencia activa fundamental de la red eléctrica e introduce simultáneamente una potencia activa del quinto componente armónico en sentido contrario. Esta influencia simultánea hace que la suma total de la potencia de banda ancha se reduzca ligeramente. La desviación discreta entre estos dos cálculos de potencia representa así la diferencia resultante de los dos numeradores (figura 6).

En este contexto, se plantea la cuestión del funcionamiento preciso de los distintos tipos de contadores. Un contador electrónico no sólo registra la oscilación fundamental, sino también las potencias armónicas. Más bien, actúa como un analizador de potencia calculando la potencia que se ha producido a partir de los valores de tensión y corriente muestreados. Estas lecturas producen una curva de potencia y, dependiendo de la frecuencia de muestreo del medidor, la detección precisa suele ser de hasta la mitad de dicha frecuencia de muestreo. Cabe mencionar que la correcta consideración de la dirección del flujo de una componente armónica se realiza automáticamente mediante la inclusión de las deducciones adecuadas en el cálculo, especialmente si la dirección del flujo está orientada en sentido opuesto a la componente principal.

En cambio, un medidor Ferraris suele estar especializado en medir la potencia activa de la vibración fundamental. Así, resultó que dicho medidor registró una medición de energía ligeramente superior. Esto puede observarse especialmente en los presentes ejemplos excepcionales, en los que se encontró una diferencia de alrededor del ocho por ciento. Esta discrepancia se produjo a pesar de que ambos medidores habían sido calibrados recientemente.

Los resultados muestran que ambos contadores miden correctamente, pero utilizan métodos de medición diferentes, lo que da lugar a las discrepancias observadas.

Autor
Jürgen Blum, Produktmanager Power Quality Mobil

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