DISEÑO DE UN MEDIDOR DE FLICKER VIRTUAL SEGÚN ESPECIFICACIONES DE IEC 61000-4-15

1. DISEÑO DE UN MEDIDOR DE FLICKER VIRTUAL SEGÚN ESPECIFICACIONES DE IEC 61000-4-15 Ing. Ulises Manassero

2. objetivo general Desarrollo de un modelo de flickermeter a partir de la aplicación de la norma IEC 61000-4-15, con el objeto de realizar estudios de impacto en la calidad de energía ante la incorporación de grandes cargas polucionantes en la red y/o modificaciones en la configuración de los sistemas de potencia.

3. LA CALIDAD DE ENERGÍA EN NUESTRO PAÍS Calidad del servicio técnico • Frecuencia y duración de las interrupciones Calidad del producto técnico • Nivel de tensión • Perturbaciones (armónicos y flicker) Calidad del servicio comercial • Tiempos de respuesta para conectar nuevos usuarios. • Emisión de facturación estimada. • Reclamos por errores de facturación. • Restablecimiento del suministro suspendido.

4. FLUCTUACIONES DE TENSIÓN Son variaciones sistemáticas de la envolvente de la tensión o una serie de cambios aleatorios del voltaje, donde la magnitud de los mismos normalmente no excede un rango de 0,9 a 1,1[pu]. m[t]: Función que modula la amplitud. ωo: Pulsación angular de la red. • Se incluyen entre los mayores problemas de regulación de tensión. • Su mayor problema se presenta en el flicker desarrollado en las cargas de iluminación, donde la intensidad luminosa de las lámparas varía con frecuencias comprendidas entre 1 y 10 [Hz].

5. FLICKER • “Impresión subjetiva de la fluctuación luminosa”. • Es la consecuencia de las variaciones de tensión en las lámparas, que son percibidas por el ojo humano como un efecto de parpadeo. La forma en que los equipos de alumbrado afectan a los usuarios, depende de: • El sistema de iluminación • La naturaleza de la perturbación • La sensibilidad del propio observador El fenómeno depende de: • la frecuencia de flicker • la amplitud de la fluctuación de tensión • la duración de las variaciones de tensión

6. CARGASELÉCTRICAS QUE ORIGINAN LAS FLUCTUACIUONES DE TENSIÓN Equipos eléctricos cuyo funcionamiento necesita importantes variaciones cíclicas de intensidad, que al recorrer la impedancia de la red, provocan variaciones de tensión. • Horno de arco • Equipos de soldadura eléctrica • Turbinas eólicas • Reguladores de potencia con tiristores

7. FACTORES ELÉCTRICOS QUE CONTRIBUYEN EN LA GENERACIÓN DE FLICKER • Fluctuación de la tensión a partir de variaciones periódicas y/o rápidas o bruscas. • Mal funcionamiento del sistema de iluminación • Subarmónicos e interarmónicos.

8. CARACTERÍSTICAS DE LA PERCEPCIÓN • Rango normal de percepción del fenómeno, para frecuencias de flicker de 0,5 hasta 25 [Hz]. • La mayor sensibilidad se percibe a una frecuencia de 8 a 9[Hz].

9. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE FLICKER Los medidores de Flicker permiten conocer el nivel de molestia que percibiría un observador en el punto de la red determinado. Para ello, se emplea un algoritmo que traduce las fluctuaciones de tensión en ese punto, en los niveles de molestia equivalentes que serían percibidos por el sistema ojo-cerebro del observador.

10. MÉTODO DEL FLICKERMETER DEL IEC • Independiente del tipo de fluctuación (periódica, súbita, senoidal). • Aplicable para indicar el valor instantáneo de flicker (“sensación”). • Permite medición de largos períodos de tiempo. • Mide variaciones regulares e irregulares de tensión en un rango de frecuencias de 1 a 35[Hz] en sistemas de 50[Hz]. • Da resultados numéricos simples que pueden ser comparados con los valores límites admisibles. • Incorpora las curvas representativas de la respuesta del ojo humano a las variaciones de la luz producidas en una lámpara incandescente de 60[W], 50[Hz], 230[V].

11. DESCRIPCIÓN DEL ESQUEMA FUNCIONAL DEL FLICKERMETER Demodulación y normalización de la señal de entrada Demodulación de la onda de entrada Ponderación de la señal fluctuante Filtrado y ponderación Multiplicador Cuadrático Filtrado del espectro de frecuencias de flicker Filtro promediador Clasificador estadístico

12. EL CLASIFICADOR ESTADÍSTICO • Cuantifica la irritación del ojo humano debido a la estimulación del flicker. • Severidad de Flicker corto (Pst): Período de 10 minutos • Es una cuantificación estadística de la IFL que deriva de un análisis en el tiempo (los porcentajes de tiempo durante los cuales se exceden determinados niveles de IFL) que incluye la ponderación de la frecuencia de fluctuación y la persistencia del fenómeno. • Severidad de Flicker largo (Plt). Período de 2 hora Se usa en el estudio de la influencia de varios equipos perturbadores de la red, que además pueden operar de forma aleatoria y con ciclos de trabajo largos.

13. VARIABLES DE ENTRADA Y SALIDA Datos de entrada: • Frecuencia de muestreo • Período de observación del Pst • Período de observación del Plt Resultados • Valores de Pst y Plt • Histogramas de probabilidad de frecuencias distribuidas y acumuladas del clasificador estadístico, según los niveles de sensación.

14. NORMATIVA Y SOFTWARE UTILIZADO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL FLICKERMETER VIRTUAL Normativa de aplicación • IEC 61000-4-15 “Medidor de flicker: Especificaciones funcionales y de diseño”. Software utilizado para la construcción • Matlab 7.5 (R2007b), en particular, el módulo de Simulink. Con el modelo del flickermeter, construido en el entorno Simulink, se llevaron a cabo sucesivas corridas con el objeto de: • Experimentar con diferentes tipos de señales de entradas. • Analizar la respuesta en el sistema de diferentes modelos de filtros. • Encontrar el valor de ganancia más adecuado para implementar en el medidor. • Analizar los resultados de diferentes tipos de modelos de flickermeters. • Depurar errores debidos al tipo de respuesta del medidor, oscilaciones numéricas, ruido, performance de los filtros, etc.

15. RESPUESTA ANALÓGICA DEL FLICKERMETER • La respuesta analógica global, desde la entrada a la salida del bloque E, para fluctuaciones de tensión rectangulares y sinusoidales, debe dar un IFL=1 (umbral de perceptibilidad humana de flicker de referencia). • La Precisión del instrumento es aceptable si los valores de IFL están dentro del 5% de error

16. RESPUESTA ANALÓGICA DEL FLICKERMETER • De un total de 49 puntos a evaluar , solo un punto de verificación presenta un error del 7,5%, mayor al 5% tolerado. • El error promedio de la respuesta analógica del medidor es de tan solo 1,65% para fluctuaciones sinusoidales y de 1,22% para las rectangulares El medidor de flicker tiene una precisión aceptable en el 98%, de su espectro de frecuencia de trabajo.

17. VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER • La IEC 61000-4-15 especifica un conjunto de valores de variaciones de tensión y sus fluctuaciones respectivas –todas de tipo rectangular-, a utilizar como señal entrada del equipo para luego calcular el Pst. • Estas variaciones de tensión, deben dar como resultado un Pst=1, pues representan el límite de irritación del efecto de parpadeo por el ojo humano, o sea el límite máximo admisible de polución de flicker.

18. VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER La verificación del funcionamiento del clasificador se realizó en dos etapas: • Cálculo del Pst para diferentes tasas de repetición, siendo el error máximo admitido por la norma del 5%. • Determinación del margen de magnitud de lasvariaciones de tensiónpara los cuales el Pstpresentaunaprecisión del 5% o mejor.

19. VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER • Los valores de Pst calculados permiten concluir que el medidor cumple satisfactoriamente la verificación estipulada en la norma. • El error máximo es del 1,8%, mientras que el error promedio de todas las mediciones es de 1,05%.

20. VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER • Para cada fluctuación amplificada (ó atenuada) se calculó el Pst, y se determinó el margen de magnitud de fluctuaciones de tensión de trabajo. • Casi la totalidad de las frecuencias de repetición, presentan sus mayores errores para factores de amplificación de 0,25. • El clasificador del flickermeter tiene un margen de magnitud de fluctuaciones de tensión aceptable en el rango definido por un valor mínimo de 0,52% y uno máximo del 10%.

21. CONCLUSIONES • El flickermeter diseñado es confiable dado que cumple todas las especificaciones funcionales y de diseño establecidas en la norma IEC 61000-15-4”. • Su respuesta analógica cumple en un 98% del espectro de frecuencias de trabajo, con un error promedio del 1,44%. • Se ajusta a los valores máximos de error admitidos, con un error promedio de 1,05%. • Constituye una herramienta de gran utilidad para el perfeccionamiento del análisis de las perturbaciones que aparecen en los sistemas eléctricos. • Aplicaciónconcreta en empresasdistribuidoras de energía y organismos de control de la calidad de energía de la red.

22. RECOMENDACIONES • En los últimos años el avance en la promoción de la eficiencia energética a nivel residencial ha sido significativo, principalmente por el reemplazo de las lámparas de filamento incandescentes por aquellas de descarga de bajo consumo. • Las resoluciones y normas vigentes describen los bloques funcionales del flickermeter con relación a la lámpara de filamento. • Se recomienda entonces: • Ampliar las prestaciones del medidor, de modo que pueda medir la respuesta ante fluctuaciones de tensión en otros tipos de lámparas diferentes a las incandescentes. • Analizar la respuesta del flickermeter ante fluctuaciones de tensión originados por interarmónicos y subarmónicos, que son fenómenos que afectan principalmente a las lámparas de descarga gaseosa.

23. PREGUNTAS