Medición de Flujo de Potencia en los 4 cuadrantes. Problemas

Octubre 2009
Medición de Flujo de Potencia en los 4 cuadrantes. Problemas frecuentes.
La intención del artículo es brindar la información necesaria
para comprender el sentido de dirección del flujo de potencia
activa y reactiva basándose únicamente en el marco del triangulo de potencia.
Se aclaran los conceptos de flujo positivo y negativo de potencias para evitar confusiones acerca de si la potencia activa es negativa, entonces la reactiva sería inductiva o capacitiva, cuestión
que puede presentarse con la lectura de registros de medición.
Junto con el artículo del Vol. 7 conforman la documentación
básica de medición de potencia en redes eléctricas.
El concepto principal es que existe un solo tipo de potencia activa y un solo tipo de potencia reactiva que pueden fluir en dos
sentidos ya sea desde la generación hacia la carga o viceversa.
La información requerida para reconocer los flujos de potencia
fácilmente podría obtenerse con un wattímetro y varímetro bidireccional o bien con dos wattímetros y dos varímetros unidireccionales, que cubrirían las posibles combinaciones de flujos
de potencia. Siempre será necesario identificar quienes son las
fuentes de potencia, qué puntos son las cargas y qué sentido de
flujo de referencia se utiliza, o sea, de esta forma se determina el
tipo de convención sea consumidora o generadora.
Estableciéndose la dirección de referencia consumidora o generadora, es posible que el punto considerado como carga esté
inyectando potencia activa y/o reactiva hacia el punto de generación, o sea, un flujo opuesto al de referencia. Por lo tanto
es importante resaltar, que una vez establecida dicha dirección
de referencia, no debe modificarse, permitiendo establecer fácilmente los signos de dirección de flujo de potencia.
Figura 2
Flujo de Potencia Activa:
Un transductor de potencia presentará un valor positivo y un
medidor de energía activa presentará un valor creciente en el
tiempo, cuando el flujo de potencia activa es coincidente con la
dirección de referencia (consumidora).
En cambio, si el flujo de potencia es opuesto, la potencia será
negativa, y el medidor de energía estará presentando valores decrecientes en el tiempo, o se bloqueará o bien si es bidireccional
el contador de energía negativa se incrementará.
Flujo de Potencia Reactiva:
Figura 1
Signos de dirección de flujos de referencia
Los signos finalmente de las potencias activas y reactivas quedarán asignados según como se correspondan con la dirección
de referencia.
La dirección de referencia del flujo de potencia reactiva es equivalente al de activa, o sea, desde la generación hacia la carga.
La potencia en este sentido corresponde a reactiva inductiva,
presentando sobre los medidores de energía reactiva indicaciones crecientes en el tiempo y en los de potencia reactiva valores
positivos.
Sin embargo, si el flujo de potencia es opuesto al de referencia,
se lo conoce como reactiva capacitiva, es decir, que los bancos
de capacitores están entregando flujo de potencia reactiva hacia
la red o hacia la fuente.
Flujo de Potencia Aparente:
La potencia aparente es de naturaleza compleja, conocida generalmente por su módulo. Sin embargo es un fasor de potencia,
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compuesto principalmente por la potencia activa, por la potencia
reactiva en forma ortogonal (perpendicular) y en casos de presencia de armónicos también de una tercera componente ortogonal (al plano P-Q) de potencia de deformación.
Naturalmente por definición la aparente consiste en el producto de fasores de la tensión y corriente conjugada. Esta última
se presenta así para corresponder a los signos de dirección de
referencia.
CUADRANTE II
La potencia activa (negativa) es recibida por la fuente y la potencia reactiva, inductiva, es también suministrada a la carga.
CUADRANTE III
La potencia activa (negativa) es recibida por la fuente y la potencia reactiva, capacitiva, es también recibida por la fuente (generada por la carga).
CUADRANTE IV
La potencia activa (positiva) es suministrada a la carga y la potencia reactiva, capacitiva, es recibida por la fuente (generada
por la carga).
Flujo de potencia en los cuatro cuadrantes
A modo de resumir lo ante dicho, en la siguiente figura se presenta un esquema de potencias en cuatro cuadrantes. Las cuatro
potencias aparentes componen un sistema de potencias activas
y reactivas con sentidos de flujo definidos por los cuadrantes al
que pertenecen.
En la siguiente figura se visualiza la relación entre los cuatro
cuadrantes y los signos de las potencias activas y reactivas.
Analizando en forma angular y haciendo uso de referencia angular cero al eje indicado, vemos que la potencia reactiva inductiva
comprende un rango angular de 0 a +180º (corriente precede a
la tensión) y que la potencia reactiva capacitiva comprende el
rango de 0º a -180º (corriente antecede a la tensión).
Figura 4
Registradores de 4 cuadrantes
Figura 3
Las características de cada cuadrante son las siguientes
CUADRANTE I
La potencia activa (positiva) es suministrada a la carga y la potencia reactiva, inductiva, es también suministrada a la carga.
ECAMEC adopta la medición de potencia en cuatro cuadrantes
permitiendo mediciones en redes mayadas con sentidos de flujo
alternados. Son ejemplos de estos equipos, de la serie ECA, el
ECA 300 y ECA 313, y de la serie PQ, el PQ500 y PQ1000.
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Problemas frecuentes
1) En la instalación de registradores la incorrecta colocación de
los transductores sin respetar el flujo de potencia que éste indica
presenta uno de los más errores recurrentes.
La corriente vista por el registrador estará desfasada 180º respecto de si misma. Por ejemplo, si la potencia esta en el cuadrante I, entonces está diametralmente opuesta, es decir, en el
Cuadrante III. Las lecturas de potencia activa indicarán flujo
desde la carga hacia la fuente y mas aún la potencia reactiva se
registrará como capacitiva cuando realmente es inductiva.
De las ecuaciones previamente mostradas vemos esta problemática expresada de la siguiente manera:
(ángulo entre fasores de tensión) a la fase entre la tensión y corriente correspondiente a una fase del registrador. El máximo
error es para el caso de cos φ unitario, entonces la potencia activa y reactiva se registraría como si fuese φ = φreal + 120º. La
potencia activa que debería estar en el Cuadrante I, estará en el
II. Se obtendrán lecturas de potencia negativa, y con existencia
de potencia reactiva.
Referencias:
2) Otro error recurrente, es la confusión de fases de tensión y
corriente, que resulta de intercambiar una fase de tensión con
otra fase de corriente. La consecuencia está en la suma de 120º
• IEEE Std 1459-2000 - Definitions for the Measurement of
Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal,
Balanced or Unbalanced Conditions.
• Power Flow Direction definitions for metering of bidirectional power, Raymond H. Stevens. IEEE Transactions on Power
Apparatus and Systems, Vol. -PAS-102, No. 9, September 1983.