NTC5000 - NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 2002-09-18...

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Unformatted text preview: NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 2002-09-18 CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA (CPE). DEFINICIONES Y TÉRMINOS FUNDAMENTALES E: POWER QUALITY. VOCABULARY. FUNDAMENTAL TERMS CORRESPONDENCIA: DESCRIPTORES: compatibilidad electromagnética, calidad de la energía. I.C.S.: 33.100 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. Tel. 6078888 Fax 2221435 Prohibida su reproducción Editada 2002-10-07 PRÓLOGO El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 5000 fue ratificada por el Consejo Directivo del 2002-09-18. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 380100 Calidad de la energía eléctrica. ALFATÉCNICA ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIEROS ACIEM – CAPÍTULO VALLE ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIEROS ACIEM – CAPÍTULO SANTANDER ASOCIACIÓN NACIONAL DE INDUSTRIALES - ANDI ASSINGEL BANCO DE COLOMBIA CERROMATOSO S.A. CODENSA S.A. E.S.P. COMPAÑÍA COLOMBIANA DE TEJIDOS S.A. - COLTEJER CONAVI CONENERGÍA DEMO INGENIERÍA EMPRESA ANTIOQUEÑA DE ENERGÍA E.S.P. – EADE EMPRESA DE ENERGÍA DEL SANTANDER E.S.P. EMPRESAS MUNICIPALES DE CALI E.S.P. - EMCALI EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN E.S.P. ENERGÍA CONFIABLE ENKA DE COLOMBIA S.A. FABRICA DE HILADOS Y TEJIDOS DEL HATO S.A. - FABRICATO GENERACIÓN ELÉCTRICA DE COLOMBIA – GENELEC GENERACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE ENERGÍA - ISAGEN GRUPO CORONA IME S.A. INDUSTRIAS HACEB S.A. INELEC INTERNATIONAL LTDA. INGENIERÍA ESPECIALIZADA S.A. - IEB INSTITUTO PASCUAL BRAVO INTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S.A. MEJÍA VILLEGAS S.A. METRO DE MEDELLÍN LTDA. POSTOBÓN S.A. POWER & QUALITY S.A. SEGURIDAD ELÉCTRICA S.A. SIDERÚRGICA DE MEDELLÍN S.A. SIMESA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE MEDELLÍN UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA. VARIADORES LIMITADA S.A. Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: ASOCIACIÓN INGENIEROS ATLÁNTICO LEVITÓN COLOMBIANA DE ACIEM –CAPÍTULO SCHNEIDER ELECTRIC SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS - SECCIONAL ATLÁNTICO UNIVERSIDAD DEL NORTE ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 ÍNDICE Página 0. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................1 1. OBJETO .........................................................................................................................1 2. DEFINICIONES Y TÉRMINOS FUNDAMENTALES .......................................................1 3. CARACTERÍSTICA TÍPICA DE LOS FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS ............8 4. DOCUMENTOS DE REFERENCIA...............................................................................10 ANEXO A (Informativo) CALIDAD DEL SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA ....................11 ANEXO B (Informativo) PRINCIPALES FENÓMENOS QUE CAUSAN PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS .........................................................................................................12 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA (CPE). DEFINICIONES Y TÉRMINOS FUNDAMENTALES 0. INTRODUCCIÓN En la actualidad se utilizan diferentes términos para referirse al conjunto de características y de fenómenos relacionados con la energía eléctrica; la presente norma pretende unificar esta terminología. Para el desarrollo de esta norma, se ha tomado como base la clasificación de fenómenos electromagnéticos en sistema de Potencia, realizada por el Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE. En el anexo A se incluye la descripción general de la Calidad del Servicio de Energía Eléctrica y los elementos que la conforman. En el Anexo B se presenta, en forma general, la categorización de los principales fenómenos que causan perturbaciones electromagnéticas, de acuerdo con la International Electrotechnical Comisión – IEC. 1. OBJETO Esta norma define los términos fundamentales utilizados en el tema de Calidad de la Potencia Eléctrica. 2. DEFINICIONES Y TÉRMINOS FUNDAMENTALES 2.1 calidad de la potencia eléctrica conjunto de características físicas de las señales de tensión y corriente, para un tiempo dado y un lugar determinado, que tiene el propósito de satisfacer necesidades del cliente. 2.2 transitorio electromagnético 2.2.1 transitorio electromagnético de impulso (transitorio de impulso) cambio súbito a una frecuencia distinta a la de suministro, en condición de estado estable de la tensión, corriente, o ambos, que es unidireccional en polaridad (positiva o negativa). Estos transitorios se caracterizan, normalmente, por su tiempo de aumento y caída. Este fenómeno puede ser descrito por su contenido espectral. Por ejemplo, un transitorio electromagnético de impulso de 1,2/50 µs de 2000 V aumenta a su valor pico de 2000 V en 1,2 µs, luego decae a la 1 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 mitad de su valor pico en 50 µs. La causa más común para que se produzcan transitorios de impulso son las descargas atmosféricas. La Figura 1 ilustra un transitorio de impulso de corriente causado por un rayo. La Tabla 1 define el contenido espectral y la duración de un transitorio de impulso. Tiempo ( µ seg) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 Corriente (kA) -5 -10 Descarga atmosférica -15 -20 -25 Figura 1. Transitorio de impulso de corriente causado por un rayo 2.2.2 transitorio electromagnético oscilatorio (transitorio oscilatorio) cambio repentino a una frecuencia diferente a la de suministro, en la condición de estado estable de la tensión, corriente, o ambas, que incluye ambos valores de polaridad, positivo y negativo. Un transitorio oscilatorio consta de una corriente o tensión cuyos valores instantáneos cambian de polaridad rápidamente. Estos son descritos por su contenido espectral (frecuencia predominante), duración, y magnitud. (Véase la Tabla 1). Existen transitorios oscilatorios de alta, media y baja frecuencia. A continuación se describen las características de cada uno. Un transitorio oscilatorio de alta frecuencia es un transitorio con una componente de frecuencia principal mayor que 500 kHz y una duración típica medida en microsegundos (o varios ciclos de la frecuencia principal). Estos transitorios se presentan, casi siempre, como consecuencia de algún tipo de evento de maniobra y como resultado de la respuesta local del sistema a un transitorio de impulso. Los dispositivos electrónicos de potencia producen transitorios oscilatorios de tensión como un resultado de una conmutación, y circuitos RLC Snubber. Los transitorios pueden estar en el rango de los kilohertz, durante unos pocos ciclos de su frecuencia fundamental, y pueden tener ratas de repetición de varias veces por ciclo de 60 Hz (dependiendo del numero de pulsos del dispositivo) y magnitudes de 0,1 p.u. (menor que la componente a 60 Hz). Un transitorio de media frecuencia es un transitorio con una componente de frecuencia principal entre 5 Hz y 500 kHz, con duración medida en décimas de microsegundos (o varios ciclos de la frecuencia principal). La energización de condensadores (fenómeno Back–to-back) resulta en corrientes transitorias oscilatorias en décimas de hertz. Este fenómeno ocurre cuando un banco de condensadores es energizado en una proximidad eléctrica a un banco de condensadores que están en servicio. El banco energizado asume el banco desenergizado como una trayectoria de baja impedancia (limitada solo por la inductancia de la barra a la cual el banco está conectado). La Figura 2 2 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 ilustra la corriente transitoria resultante debido al fenómeno back to back. El fenómeno genera un transitorio de tensión oscilatorio en el mismo rango de frecuencia. Los transitorios de frecuencia media pueden ser, también, el resultado de una respuesta del sistema a un transitorio de impulso. 7500 5000 2500 A 0 -2500 -5000 -7500 8 10 12 14 Milisegundos Figura 2. Transitorio oscilatorio causado por el fenómeno Back to Back en la conmutación de condensadores Un transitorio con una componente de frecuencia principal menor que 5 kHz y duración de 0,3 ms a 50 ms es considerado como un transitorio de baja frecuencia. Esta categoría de fenómeno se encuentra frecuentemente en los sistemas de distribución y es causada por muchos tipos de fenómenos, principalmente por la energización de bancos de condensadores. La energización de bancos de condensadores conlleva a transitorios oscilatorios de tensión con una frecuencia principal entre 300 Hz y 900 Hz. Los transitorios tienen una magnitud pico que puede acercarse a 2,0 pu, pero la magnitud típica está entre 1,3 pu a 1,5 pu, y duración entre 0,5 ciclos y 3 ciclos dependiendo del amortiguamiento del sistema. (Véase la Figura 3). V pu 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 0 20 40 60 Milisegundos 80 100 Figura 3. Transitorio oscilatorio de baja frecuencia causado por la energización de bancos de condensadores 3 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 Los transitorios oscilatorios con frecuencias menores a 300 kHz pueden ser hallados, también, sobre los sistemas de distribución. Estos están asociados, generalmente, con ferrorresonancia y energización de transformadores. Los transitorios que involucran condensadores en serie podrían, también, ubicarse en esta categoría, lo cual ocurre cuando la resonancia del sistema resulta en una magnificación a las componentes de baja frecuencia de la corriente de irrupción del transformador (segundo, tercer armónicos) o cuando condiciones inusuales resultan en ferrorresonancia como se ilustra en la Figura 4. 600000 400000 200000 V 0 -200000 -400000 -600000 0 200 400 600 Milisegundos 800 1000 Figura 4. Transitorio oscilatorio de baja frecuencia causado por ferroresonancia de un transformador en vacío 2.3 variación de corta duración variación del valor rms de la tensión desde la tensión nominal para un tiempo mayor que 0,5 ciclos a frecuencia nominal ( 60 Hz) de potencia, pero menor que o igual a un minuto. 2.3.1 caída de tensión (Sags) reducción en la magnitud rms en la señal de tensión c.a. a la frecuencia industrial, para duraciones desde 0,5 ciclos a 1 min. Los valores típicos están entre 0,1 y 0,9 p.u. (Véase la Figura 5). 500 V 0V VA -500 V 106,667 milisegundos/div Figura 5. Forma de onda de una caída de tensión 4 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 2.3.2 subida de tensión (Swells) incremento del valor eficaz (rms) de la señal de tensión entre 1,1 p.u. y 1,8 en p.u., a frecuencia industrial, cuya duración es mayor a medio ciclo y menor o igual a un minuto. (Véase la Figura 6). 20,5 kV VC 440 kV -19,6 kV 106,667 milisegundos/div Figura 6. Forma de onda de una subida de tensión. 2.3.3 interrupción: ausencia de tensión se considera como tal, cuando la señal de tensión decrece a menos de 0,1 p.u., para un tiempo mayor a 0,5 s. 2.4 variación de larga duración variación del valor eficaz (rms) de la tensión, a partir de la tensión nominal, para un tiempo mayor que 1 min. 2.4.1 sobretensión variación en estado estable mayor a 1 min, cuyo valor está, por lo menos, 10 % por encima de la tensión nominal del circuito o sistema 2.4.2 subtensión variación en estado estable mayor a 1 min, cuyo valor está, por lo menos, 10 % por debajo de la tensión nominal del circuito o sistema. 2.5 desbalance de tensión desviación máxima del promedio de la tensión trifásica dividido por el promedio de la tensión, expresado en porcentaje. Desbalance de tensión = máxima desviación con respecto al promedio × 100 Promedio de la tensión 5 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 2.6 distorsión de la forma de onda desviación, en estado estable, de una onda sinusoidal ideal con respecto a la frecuencia del sistema de potencia. Esta desviación se caracteriza, principalmente, por su contenido espectral. Existen cinco tipos principales de distorsión de la forma de onda: - c.d. adicional. - Armónicos. - Interarmónicos. - Muecas (notches). - Ruido. 2.6.1 c.d. adicional (DC offset) es la presencia de una tensión o corriente directa (c.d.), en un sistema de potencia de corriente alterna (c.a). 2.6.2 armónico onda sinusoidal de tensión o corriente cuya frecuencia es múltiplo entero de la frecuencia fundamental del sistema. (Véase la Figura 7). Nota El término armónico de tercer orden se utiliza para referirse a los armónicos impares múltiplos del tercer armónico, los cuales merecen una atención especial debido a su tendencia natural a ser de secuencia cero. Fundamental Onda deformada Armónico t Figura 7. Forma de onda: fundamental sinusoidal, componente armónica y distorsión. 6 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 2.6.3 interarmónico componente de frecuencia de una cantidad periódica, que no es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental del sistema. 2.6.4 muescas (Notches) perturbación periódica sobre la onda de tensión, causada por la operación normal de equipos electrónicos de potencia, cuando la corriente es conmutada de una fase a otra. (Véase la Figura 8). 0 0,008 Tiempo (s) 0,016 Figura 8. Firma de onda sinusoidal con contenido de muescas 2.6.5 ruido perturbación electromagnética indeseada con contenido espectral de banda ancha menor de 200 kHz, superpuesta a la tensión o corriente de los conductores de fase, en los conductores de neutro, o conductores de señal. (Véase la Figura 9). Figura 9. Forma de onda sinusoidal con contenido de ruido. 7 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 2.7 fluctuación de tensión serie de cambios en la tensión o una variación cíclica de la envolvente de la tensión 2.8 flicker sensación de inestabilidad visual inducida por un estimulo de luz cuya iluminancia o distribución espectral varía con el tiempo. 2.9 variación de frecuencia incremento o decremento en la frecuencia del sistema de potencia. 2.10 variación del factor de potencia variación de la relación entre la potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA), en un instante de tiempo. 3. CARACTERÍSTICA TÍPICA DE LOS FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS En la Tabla 1 se describen las características de duración y magnitud típicas de los fenómenos que afectan la calidad de la potencia. El concepto general que define las características se encuentra en el numeral 2 de la presente norma. La Figura 10 es una representación esquemática de la Tabla 1. Tabla 1. Característica típica de los fenómenos electromagnéticos Categorías Transitorios Electromagnéticos (TEM) De impulso nanosegundos microsegundos milisegundos Oscilatorios Baja frecuencia Media frecuencia Alta frecuencia Variaciones de corta duración (VCD) Instantáneas caídas (Sags) subidas (Swells) Momentáneas interrupción caídas (Sags) subidas (Swells) Temporales interrupción caídas (Sags) subidas (Swells) Magnitud típica de tensión Contenido espectral típico Duración típica 5ns de pendiente 1µs de pendiente 0,1ms de pendiente <50 ns 50 ns – 1 ms >1 ms <5 kHz 5-500 kHz 0,5-5 MHz 0,3-50 ms 20µs 5µs 0-4 pu 0-8 pu 0-4 pu 0,5 ciclos - 30 ciclos 0,5 ciclos – 30 ciclos 0,1-0,9 pu 1,1-1,8 pu 0,5 s - 3s 0,5 s - 3s 0,5 s - 3s <0,1 pu 0,1-0,9 pu 1,1-1,4 pu 3s-1min 3s-1min 3s-1min <0,1 pu 0,1-0,9 pu 1,1-1,2 pu Continúa. . . 8 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 Tabla 1. (Final) Categorías Variaciones de Larga Duración (VLD) Interrupción, sostenida subtensiones sobretensiones Desbalance (D) Distorsión de la Forma de Onda (DF) DC adicional armónicos interarmónicos muescas (Notches) Ruido Fluctuaciones (F) Variaciones de la Frecuencia Industrial (VFI) Banda ancha <25 Hz Magnitud típica de tensión 0,0 pu 0,8-0,9 pu 1,1-1,2 pu 0,5-2 % Estado estacionario Estado estacionario Estado estacionario Estado estacionario Estado estacionario Intermitente <10s avo 0-100 armónico 0-6 kHz Duración típica >1min >1min >1min Estado estacionario Contenido espectral típico 0-0,1 % 0-20 % 0-2 % 0-1 % 0,1-7 % p.u. log t 1. TEM 2. VCD 3.VLD 4. D 5. DF 6. F 7. VFI El significado de las abreviaturas de esta figura es el siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. TEM: Transitorios Electromagnéticos, VCD: Variaciones de Corta Duración, VLD: Variaciones de Larga Duración, D: Desbalance de tensión, DF: Distorsión de Forma de onda, F: Fluctuación de tensión, VFI: Variación a Frecuencia Industrial. Figura 10. Representación esquemática de las siete categorías de fenómenos electromagnéticos que afectan la calidad de la energía eléctrica 9 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 4. NTC 5000 DOCUMENTOS DE REFERENCIA INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2: Environment - Section 5: Classification of electromagnetic environments. Basic EMC publication. Geneva, 1995. 101 p. il. (IEC/TR2 61000-2-5). INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS - Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. New York, 1995. (IEEE Std 1159). 10 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 ANEXO A (Informativo) CALIDAD DEL SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA La expresión Calidad del servicio de la energía eléctrica puede ser entendida de diferentes formas. La Figura A.1 describe la manera como se ha entendido para la elaboración de la presente norma, y con base en ella se definen los términos incluidos. A.1 CALIDAD DEL SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Totalidad de las características técnicas y administrativas de la energía eléctrica que le otorgan su aptitud para satisfacer las necesidades de los clientes. A.2 CALIDAD DE LA ADMINISTRACIÓN DEL SERVICIO Totalidad de las características administrativas del servicio de energía eléctrica. Incluye atención al cliente, aspectos económicos y demás que permiten la gestión del servicio sin incluir ningún aspecto técnico del producto. A.3 CALIDAD DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Totalidad de las características técnicas de la energía eléctrica que le otorgan su aptitud para satisfacer las necesidades de los clientes. A.4 CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA Conjunto de características físicas de las señales de tensión y corriente para un tiempo dado y un espacio determinado, que tiene el propósito de satisfacer necesidades del cliente. Es conocida como Power Quality en el habla inglesa. NOTA Se incluye el concepto de tiempo solo en el sentido necesario para describir el fenómeno, pero no para describir el desempeño continuado de la energía eléctrica. A.5 CALIDAD DEL SUMINISTRO Características de continuidad, disponibilidad y confiabilidad de la energía eléctrica. Calidad del servicio de energía eléctrica Calidad de la administración del servicio Calidad de la energía eléctrica Atención al cliente Calidad de la potencia eléctrica Calidad del suministro Disponibilidad Confiabilidad Continuidad 11 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 5000 ANEXO B (Informativo) PRINCIPALES FENÓMENOS QUE CAUSAN PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS La Comisión Electrotécnica Internacional – IEC- incluyó en la Parte 2 de la serie IEC 61000 de Compatibilidad Electromagnética una clasificación consistente en los cuatro grupos de fenómenos que causan perturbaciones electromagnéticas. A continuación se presenta la Tabla 1 de la IEC 61000-2-5. El desarrollo de esta terminología será objeto de otra Norma Técnica Colombiana. Fenómenos conducidos de baja frecuencia: • armónicos e interarmónicos, • señales de tensión, • fluctuaciones de tensión, • dips e interrupciones de tensión, • desbalance de tensión, • variaciones de frecuencia, • tensiones inducidas de baja frecuencia, y • presencia de c.d. en redes de c.a. Fenómenos radiados a baja frecuencia: • campos magnéticos, y • campos eléctricos. Fenómenos conducidos de alta frecuencia: • tensión y corriente inducida en onda continua, • transitorios unidireccionales, y • transitorios oscilatorios. Fenómenos radiados de alta frecuencia: • campos magnéticos, y • campos eléctricos: ? onda continua, y ? transitorio. Fenómenos por descarga electrostática; Pulso electromagnético nuclear. 12 ...
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